ОЗВИ методичка

Усиление фильтрующего действия киносъемочного аппарата хотя и приводит к незаметности искажений, но сопровождается смазом изображения (быстрые движения объектов, происходящие в течении времени выдержки, за счет интегрирующей способности кинопленки преобразуются в смаз).

Если не выполняется второе условие теоремы Котельникова, фильтр на выходе системы не идеален, то возникают искажения второго рода. Искажения второго рода, вызванные в кинематографе дискретизацией светового сигнала по времени, проявляются в виде мельканий, дробления (появление вокруг движущихся объектов мелькающих контуров) и прерывистости движения изображения. Для устранения этих искажений необходимо обеспечить эффективную фильтрацию временных частот на выходе кинематографической системы.

Частота мельканий при проекции должна быть равна или превышать частоту νкр. Поэтому мелькания изображения могут быть устранены благодаря применению обтюратора, имеющего не одну, а несколько лопастей. Так, при стандартной частоте дискретизации νс=24 кадр/с и νкр ≈ 48 Гц необходимо иметь обтюратор как минимум с двумя лопастями, что дает частоту мельканий 24×2 = 48 Гц. При этом каждый кадр проецируется на экран дважды.

Для устранения прерывистости и дробления движущихся изображений наиболее эффективным способом является повышение частоты дискретизации νс до частоты слияния мельканий.

Поскольку мы полагаем, что кинематографическая система и ее звенья достаточно линейны, то ВЧХ системы равна произведению ВЧХ звеньев, ее составляющих. При совместном действии зрительного анализатора и кинопроектора ВЧХ К2(ν) фильтра Ф2 на выходе системы определяется выражением

где ККПА(ν) - ВЧХ обтюратора кинопроектора; КЗА(ν) - ВЧХ зрительного анализатора.

61

ВЧХ кинопроекционного аппарата ККПА(ν) может быть найдена прямым преобразованием Фурье от импульсной реакции F0 КПА(t) (4.2). Здесь в качестве импульсной реакции выступает характеристика обтюрации, под которой понимают зависимость освещенности (или яркости) элементарного участка экрана от времени в течение периода смены кадров. Обтюратор кинопроектора не может мгновенно перекрыть идущий от фильмокопии световой пучок. В виду конструктивных особенностей различных кинопроекторов характеристика обтюрации по своей форме может быть близка к прямоугольнику, трапеции, треугольнику, полуэллипсной функции. В табл. 4.1, 4.2 (в левом столбце) показаны характеристики обтюрации F0 КПА(t) для двухлопасного и однолопастного обтюраторов. В правом столбце этих таблиц показаны соответствующие ККПА(ν), найденные по формуле (4.2).

Для количественной оценки искажений II рода пользуются коэффициентом искажений ξ2, который показывает отношение энергии ложных колебаний в спектре выходного сигнала, содержащейся в частотах, больших νс/2 , к общей энергии колебаний в спектре выходного сигнала. Если считать, что на вход системы подается сигнал, имеющий спектр, равный единице для всех частот, и фильтр Ф1 на входе - идеальный, то отношение энергий в спектре выходного сигнала может быть заменено аналогичным отношением энергий, содержащихся в частотной характеристике фильтра Ф2:

где К2(ν) – временная частотная характеристика фильтра Ф2, найденная по выражению (4.8);

К2(ν) 2 – ВЧХ фильтра Ф2, возведенная в квадрат.

4.2. Методические указания по выполнению лабораторной работы

Цель работы: 1. Построение ВЧХ зрительного анализатора для условий рассматривания изображений в кинотеатре. 2. Оценка искажений изображения II рода в кинематографических системах.

62

Таблица 4.1 ВЧХ кинопроекторов с двухлопастным обтюратором

3. Треугольная

F0 КПА 1/tпр

4. Полуэллипсная

63

Таблица 4.2 ВЧХ кинопроекторов с однолопастным обтюратором

F0 КПА 1/tпр

ККПА (ν) = sinc(πνtпр )

t

tпр

2. Трапецеидальная

3. Треугольная

F0 2/tпр

tпр

4. Полуэллипсная

64

Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки показана на рис. 4.4. Установка содержит два идентичных кинопроектора 1 и 2 марки КН. На базе кинопроектора 1 создан канал «мельканий», а на базе кинопроектора 2 – канал «фона». Кинопроектор 1 за счет перекрывания светового потока, идущего от источника света 11 создает мелькания с помощью вращающегося однолопастного обтюратора 3, имеющего коэффициент обтюрации 0,5. Таким образом формируется переменная составляющая освещенности экрана 10. Кинопроектор 2 имеет источник света 12, но не содержит обтюратора. Тем самым он создает постоянную составляющую освещенности экрана. Требуемая освещенность экрана устанавливается с помощью регулировки лабораторных автотрансформаторов (ЛАТР) 4, 5, обеспечивающих питание источников света соответствующих кинопроекторов. Для обеспечения постоянной средней величины освещенности экрана 10 в каждом кинопроекторе установлена пара поляроидов. Поляроиды 6 и 7 неподвижны, а поляроиды 8 и 9 могут поворачиваться. Последние связаны между собой ремнём 13, за счет чего может обеспечиваться их синхронный поворот. Если предварительно положение поляроидов 8 и 9 выставить в «противофазе» между собой и по отношению к поляроидам 6 и 7, то при совместном повороте поляроидов 8 и 9 уменьшение коэффициента пропускания в одном из каналов будет сопровождаться его пропорциональным увеличением в другом канале. Изменение частоты мельканий осуществляется путем регулировки числа оборотов привода обтюратора 3 с помощью двух ручек, вынесенных на панель управления (одна из них служит для грубой настройки частоты, другая – для точного изменения). Контроль частоты мельканий ведётся по цифровому индикатору частотомера 14, подсчитывающего импульсы, поступающие от электронного блока привода обтюратора. На один оборот обтюратора выдается 12 импульсов. Измерения освещённости или яркости экрана проводятся цифровым фотометром.

Методика и порядок выполнения работы

1.Изучите установку и принцип ее работы.

2.Под руководством преподавателя включите установку.

65

отношение яркостей обусловлено применением в кинопроекторе 1 обтюратора с коэффициентом обтюрации 0,5, при этом во время вращения обтюратора в положении максимального пропускания поляроидов яркости от кинопроекторов 1 и 2 будут восприниматься одинаково.

В заключение вращением поляроида 9 найдите такое его положение, при котором освещённость экрана, создаваемая кинопроектором 2, будет минимальной.

8.Свяжите между собой поляроиды 8 и 9, надев ремень 13 на их оправы. При этом положение поляроида 8 не должно быть сбито, оно должно отвечать максимальному пропусканию светового потока от кинопроектора 2.

9.Включите привод обтюратора 3, переключив на панели управления тумблер в положение «Вкл.». Ручками грубой и точной

настройки, установите частоту мельканий ν, равную 4 Гц. Контроль частоты мельканий осуществляется по частотомеру 14. Показания на частотомере должны быть в 12 раз больше частоты мельканий, т. е. для мельканий с частотой 4 Гц на частотомере должно выводиться значение 48 Гц.

10.Рассматривая изображение мелькающего поля, совместным постепенным поворотом поляроидов 8 и 9 найдите такое их положение, которое соответствует границе перехода от состояния заметности мельканий на экране к состоянию незаметности.

11.Остановите обтюратор, переключив на панели управления тумблер в положение «Торможение». Дождитесь, когда обтюратор полностью остановится.

12.Поверните вручную вал обтюратора и откройте световой поток от кинопроектора 1. Замерьте фотометром в плоскости экра-

на 10 величину Fmax и внесите ее в табл. 4.3. Перекройте световой поток от кинопроектора 1 обтюратором и аналогичным образом

измерьте Fmin. Занесите это значение также в табл. 4.3. Повторите измерения три раза.

13.Выполните действия по пунктам 9-12 для ряда частот

мельканий ν с шагом 4 Гц вплоть до частоты слияния мельканий в соответствии с табл. 4.3.

14. На частоте слияния мельканий установите максимальную глубину модуляции (фоновая засветка – минимальная, канал мельканий максимально открыт) замерьте, как и ранее, Fmax и Fmin.

67

Обработка результатов эксперимента

1.Рассчитайте средние значения Fmax и Fmin для каждой частоты. Данные расчетов поместите в табл. 4.3.

2.Исходя из этих средних значений, по формуле (4.3) рассчи-

тайте величины Тпор(ν) и определите среди данных величин минимальное значение, принимаемое за Тmin . Данные занесите в табл. 4.3.

3. Рассчитайте значения ВЧХ зрительного анализатора согласно формуле (4.4). Поскольку в данной экспериментальной установке модуляция осуществляется по П-образному закону (характеристика обтюрации кинопроектора близка к прямоугольной функции), то найденные по формуле (4.4) значения ВЧХ будут относиться к столбцу, обозначенному в таблице как Кпр ЗА(ν). Внесите значения в табл. 4.3.

4.По выражению (4.5) произведите пересчет ВЧХ зрительно-

го анализатора Кпр.ЗА(ν) к ВЧХ ЗА, отвечающей гармоническому закону распределения яркости КЗА(ν) (см. также пример пересчета в лабораторной работе №1, рис. 1.8). Полученные значения внесите в табл.4.3.

5.По данным табл. 4.3 постройте график ВЧХ ЗА – КЗА(ν).

6.Из графика КЗА(ν) определите параметры аппроксимирую-

щей функции: νкр, νе, n. Для этого нанесите на график КЗА(ν) контрольные точки: К(νкр)=Δ, К(νе)=e-1; К(0)=1 (см. рис. 4.2, формулу (4.7).

68

7. Запишите в виде выражения (4.6) аналитическое выражение для ВЧХ, найденной экспериментально. Показатели m, n и νкр должны соответствовать вашей конкретной кривой. Это выражение понадобится для выполнения следующей части работы - анализа искажений II рода на выходе системы.

Задачи

Проанализируйте возможность появления на выходе кинематографической системы искажений II рода, если ВЧХ ЗА соответствует данным, полученным в первой части работы, а кинопроекция осуществляется со следующими параметрами:

1. Кинопроектор с двухлопастным обтюратором, νс = 24 кадр/с, tпр = tд = 1/96 c, где tпр - время проекции полукадра; 2tд - время

между проекцией полукадров.

2.кинопроектор безобтюраторный, νс = 24 кадр/с, tпр =1/24 c.

3.кинопроектор с однолопастным обтюратором, νс=60 кадр/с, tпр=1/120 с.

Примечание: 1. Характеристика обтюрации - задаётся преподавателем.

2.Для трапецеидальной характеристики обтюрации принять t0 = 0,5 tпр .

3.Для полуэллипсной характеристики обтюрации по

аналогии с работой №3 определите Z0 = πνtпр и с помощью табл. 3.1 найдите функцию 2J1(πνtпр)/ πνtпр.

Методика решения задач

1. Получите у преподавателя указания, касающиеся формы характеристики обтюрации.

2. Рассчитайте ВЧХ кинопроектора ККПА(ν) с учетом характеристики обтюрации для задач №1 (см. табл. 4.1), №2 и №3 (см. табл. 4.2). Результаты вычислений занесите в табл. 4.4. В выражениях для нахождения Ккпа(ν) используется синковая функция, определяемая как sinc(πx)= sin(πx)/(πx). Ее значения необходимо вычислять в радианах. Значения частот ν в указанных формулах берутся из табл. 4.3.

3. Рассчитайте значения ВЧХ ЗА Кза(ν) с помощью аппрокси-

69

мирующую функции (4.6) с параметрами m, n и νкр, найденными в первой части работы. Данные занесите в табл. 4.4.

4.С помощью выражения (4.8) найдите для каждой задачи

итоговую ВЧХ фильтра Ф2, т. е. К2(ν) . Результаты внесите в табл. 4.4.

5.Вычислите значения функции К2(ν) 2. Данные занесите в табл. 4.4.

6.Постройте для каждой задачи графики функций ККПА(ν), Кза(ν), К2(ν) и К2(ν) 2.

7.Найдите коэффициент искажений II рода ξ2 графически.

Для этого на графике К2(ν) 2 изобразите идеальный фильтр – прямоугольник с коэффициентом передачи контраста равным единице и частотой среза νс/2. Искажения содержатся в области частот, расположенной за пределами идеального фильтра. Площадь под кривой К2(ν) 2 в области искажений обозначим s1. Площадь под всей кривой К2(ν) 2 обозначим s2. Тогда коэффициент искажений находится как отношение площадей: ξ2= s1/s2. Графически эти площади могут быть приблизительно определены через количество полных клеток в координатной сетке, содержащихся в указанных площадях.

7. Сравните значения коэффициентов искажений, найденные для трех задач и сделайте вывод о том, каким образом наиболее эффективно устраняются искажения II рода, вызванные дискретизацией изображения по времени.

Таблица 4.4 Задача №…..К расчету коэффициента искажений II рода

70