ОЗВИ методичка

II. ОБЪЕКТИВНАЯ ОЦЕНКА ЧЁТКОСТИ ЭКРАННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ

ДЕФОКУСИРОВКИ ПРОЕКЦИОННОГО ОБЪЕКТИВА

Порядок проведения вычислений

1. Пользуясь выражениями (3.11), (3.13) и табл. 3.1, по методике, изложенной в теоретической части работы, рассчитайте ПЧХ дефокусировки Kχ (f ) для различных значений дефокусировки χ и

частот f, приведенных в табл. 3.3. Данные поместите в табл. 3.3.

Таблица 3.3 Расчетные значения ПЧХ дефокусировки Kχ(f)

2. Определите ПЧХ проекционного объектива KПО (f) по формуле (3.14). Обратная величина относительного отверстия ε и

фокусное расстояние f′ указаны на оправе объектива. Диаметр зрачка объектива определяется согласно выражению (3.9). Так как частоты f приведены в миллиметрах, то и длину волны λ, заданную преподавателем, следует перевести в миллиметры. Функцию arсcos в формуле (3.14) следует считать в радианах. Результаты расчетов поместите в табл. 3.4.

Таблица 3.4 Расчетные значения ПЧХ проекционного объектива KПО (f)

3. Найдите промежуточную ПЧХ системы “диапозитив - проекционный объектив - дефокусировка” Kпром (f) при различных

значениях дефокусировки. Для этого следует перемножить ПЧХ всех звеньев системы:

51

Данные о ПЧХ диапозитива приведены в табл. 3.5. Результаты занесите в табл. 3.6. При расчетах следует учесть, что при нулевой дефокусировке χ=0 значение функции Kχ (f )будет равно 1 для лю-

бой частоты.

Таблица 3.5

Kпром χ=0 (f)

Kпром χ=0,5(f)

Kпром χ=1(f)

Kпром χ=2(f)

KЗА(fс)

Kитог χ=0(fс)

Kитог χ=0,5(fс)

Kитог χ=1(fс)

Kитог χ=2(fс)

4.Используя выражения (3.16, 3.17), пересчитайте пространственные частоты в плоскости диапозитива f в пространственные

частоты на поверхности сетчатки ЗА fс. Высота проецируемой части кадра диапозитива hк, равна 23 мм. Данные занесите в табл. 3.6.

5.Рассчитайте IIЧХ зрительного анализатора KЗА(fс) по формуле (3.15). Результаты поместите в табл. 3.6.

6.Определите итоговую ПЧХ Kитог(fc ) для различных значе-

52

12. Постройте сенсорную характеристику по четкости при дефокусировке изображения (взаимосвязь между балльной оценкой и коэффициентом информативности) – Xср (ηи).

Таблица 3.7 Данные для расчета коэффициента информативности

χ= 0

χ= 0,5

χ= 1

χ= 2

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Формулы, используемые в расчетах.

3.Таблицы 3.2-3.7.

4.Графики итоговых ПЧХ Kитогχ=0(fс), Kитогχ=0,5(fс), Kитогχ=1(fс) и Kитогχ=2(fс) с отмеченными на них значениями N и fe .

5.Графики Xср (χ) и Xср (ηи).

6.Выводы.

Контрольные вопросы

1.Вследствие чего может происходить дефокусировка изображения?

2.Как дефокусировка влияет на качество проецируемого изображения?

3.Как находится импульсная реакция и ПЧХ дефокусировки?

4.Почему в фото- и киноаппаратуре используют преимущественно объективы, имеющие круглую форму зрачка?

5.Что такое дифракционно ограниченный объектив?

6.Как находится ПЧХ дифракционно ограниченного объектива?

7.Что такое коэффициент информативности, информационная плотность, информационная емкость?

8.Как находятся эти величины?

54

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННОЙ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗРИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА

ИИСКАЖЕНИЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ II РОДА

4.1.Теоретические основы лабораторной работы

При рассматривании объектов окружающего мира человек не замечает очень быстрых временных изменений, происходящих с ними. Например, если смотреть на быстро вращающееся колесо, то отдельные его спицы сливаются в сплошной круг и становятся неразличимы для наблюдателя. В этом проявляется фильтрующее действие зрительного анализатора (ЗА) во времени. Только благодаря данному свойству зрения оказывается возможным создание современных кинематографических и телевизионных систем с дискретизацией изображения по времени. Фильрующее действие зрительного анализатора оценивают с помощью временной частотной характеристики (ВЧХ).

Определение и основные закономерности для ВЧХ:

1. ВЧХ представляет собой зависимость коэффициента передачи контраста К от временной частоты ν (или зависимость коэффициента передачи модуляции от временной частоты). В свою очередь коэффициент передачи контраста есть отношение контраста изображения на выходе системы к контрасту входного изображения. Таким образом, ВЧХ определится как

где Твх, Твых(ν) – контраст изображения (глубина модуляции) во времени на входе и выходе системы (звена).

2.ВЧХ является амплитудо-частотной характеристикой системы (звена). Смысл ВЧХ заключается в том, что она показывает амплитуду гармонически изменяющегося во времени сигнала на выходе системы, если на вход подан гармонически изменяющийся сигнал с амплитудой, равной единице.

3.ВЧХ может быть найдена прямым преобразованием Фурье

55

от импульсной реакции системы (звена):

t- координата времени, с.

Импульсная реакция для временных преобразований изображения описывает отклик системы на бесконечно малый во времени сигнал (импульс), поданный на ее вход.

Нахождение ВЧХ зрительного анализатора с помощью выражения (4.1) вызывает трудности, связанные с непосредственным измерением временного контраста на выходе системы – в зрительном анализаторе (а именно - в мозге). На практике ВЧХ зрительного анализатора определяют косвенным методом – путем предварительного нахождения зависимости пороговой глубины модуляции (порогового контраста) светового сигнала от его временной частоты.

Под пороговой глубиной модуляции Тпор(ν) понимается граничное значение глубины модуляции, начиная с которого наблюдатель перестает замечать изменение яркости тест-обекта во времени (мелькания) и воспринимает его постоянно светящимся. В таком эксперименте освещенность тест-объекта во времени изменяется по гармоническому закону, а изменение глубины модуляции от величин F1 к величинам F2 осуществляется так, чтобы средняя освещенность Fср на экране оставалась бы неизменной (рис. 4.1) (т. е. чтобы яркость поля адаптации зрительного анализатора была постоянной).

Пороговая глубина модуляции находится по формуле

где Fmax , Fmin - максимальная и минимальная освещенности в изображении тестового поля.

56

Fmax 1

2

Fmax 2

Fср

Fmin 2

Fmin 1

t

Рис. 4.1. Изменение освещенности экрана во времени: кривая 1 показывает глубину модуляции, для которой мелькания заметны; кривая 2 соответствует пороговой глубине модуляции, при которой мелькания исчезают

ВЧХ зрительного анализатора определяется согласно выраже-

нию

где Тmin – минимальное значение глубины модуляции (порогового

контраста) Тпор(ν).

Так как ВЧХ показывает амплитуду выходного гармонического сигнала при использовании в качестве входного также гармонического сигнала, то в случае применения тест-объекта, имеющего П-образный закон модуляции освещенности во времени, первоначально согласно выражению (4.4) получают ВЧХ зрительного анализатора Кпр.ЗА(ν). Далее ее приводят к характеристике с гармоническим законом распределения освещенности КЗА(ν) по формуле Кольтмана:

57

В том случае, когда временная частотная характеристика зрительного анализатора найдена экспериментальным путем, ее целесообразно аппроксимировать удобной для математических преобразований функцией. Примем для дальнейшего анализа временных преобразований в кинематографических системах аппроксимацию ВЧХ зрительного анализатора функцией вида

где νкр - критическая частота слияния мельканий зрительного анализатора (минимальная частота, начиная с которой глаз не замечает мельканий независимо от глубины модуляции). Следует помнить, что значение критической частоты слияния мельканий зависит от яркости поля адаптации. При стандартных условиях рассматривания изображения в кинематографе с яркостью экрана 50±15 кд/м2 νкр ≈ 48 Гц. С повышением яркости растет и νкр. Когда

частота ν равна νкр, то К(νкр) = (рис. 4.2); - уровень шумовых процессов в системе. Для условий рас-

сматривания изображения в кинотеатре Δ=0,008 0,01. К(νкр)=Δ=е-m,

Определив по графику ВЧХ, полученному экспериментально, значения νe, νкр по формуле (4.7) находят показатель степени n аппроксимирующей функции. Таким образом, аппроксимацию ВЧХ производят по трём точкам: К(0) = 1, К(νe) = 1/e и К(νкр) = (показаны на рис. 4.2 кружками).

58

зрительный анализатор наблюдателя. Воспроизводящие свойства фильтров Ф1 и Ф2 характеризуются в сигнальной области импульсными реакциями F01(t) и F02(t), а в спектральной – временными частотными характеристиками К1(ν) и К2(ν). Дискретизация по времени происходит в звене Д. Ее осуществляют обтюраторы как КСА, так и КПА.

в кинематографической системе

Согласно теореме В.А. Котельникова любую функцию, состоящую из частот от 0 до νmax, можно непрерывно передавать с любой точностью при помощи чисел, следующих друг за другом через интервалы Tc=0,5/νmax. Непременным условием точного восстановления исходной функции является применение на выходе системы идеального фильтра нижних частот со срезом частот-

ной характеристики на частоте νmax=νс/2.

Если не удовлетворяется первое положение теоремы Котельникова, т.е. спектр исходного (подвергаемого в дальнейшем дискретизации) изображения Sи(ν) содержит частоты большие νс/2, то, несмотря на применение на выходе идеального фильтра, в воспроизводимом изображении будут иметь место искажения первого рода. Наиболее характерным проявлением искажений первого рода, вызванных дискретизацией по времени, является стробоскопический эффект, т. е. воспроизведение движения объектов, имеющих периодическую структуру, с неправильной скоростью или в неправильном направлении (например, вращение колёса со спицами в обратную сторону). Для борьбы с искажениями первого рода необходимо усилить фильтрующее действие КСА. Это достигается увеличением коэффициента обтюрации η0 КСА, который повышается с увеличением времени выдержки tв и угла раскрытия обтюратора α0:

60