Приветственное слово
Директор МГДД(Ю)Т
Андрей Анатольевич Шашков
Научный руководитель ЦНИТ МИРЭА-МГДД(Ю)Т
ректор МИРЭА
Александр Сергеевич Сигов
Проходящий 2011 – 2012 учебный год знаменателен двумя славными юбилейными датами: 50-летием Дворца пионеров на Воробьёвых горах и 65-летием Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики. Многолетнее плодотворное сотрудничество Дворца и МИРЭА отмечено высокими наградами на таких знаковых форумах научно-технического творчества молодёжи, как:
Московский фестиваль научно-технического творчества и молодёжных инициатив;
Всероссийская выставка научно-технического творчества молодёжи «НТТМ»;
Московский международный салон изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД»;
Всероссийский молодёжный инновационный конвент;
Молодёжный форум «Селигер».
НТТМ – это уникальная образовательная технология, направленная на поиск, подготовку и поддержку нового поколения исследователей и творцов на стыке перспективных областей знаний. Динамично развивающиеся новые научные направления, постоянно совершенствующиеся современные технологии открывают широкие перспективы для молодого поколения – от школьников до студентов и аспирантов технических вузов.
На территории Дворца в течение многих лет осуществляется гармоничное содружество школ, учреждений дополнительного образования с МИРЭА. В этот процесс особенно активно вовлечены учащиеся общеобразовательных школ Юго-Западного и Западного округов столицы, воспитанники ДНТТМ и отдела Технического творчества Дворца. Студенты специалитета, бакалавриата, прикладного бакалавриата и магистратуры МИРЭА, будучи во Дворце практикантами, стажёрами, молодыми специалистами (педагогами и технологами дополнительного образования), увлечённо вовлекают в инновационную деятельность своих юных коллег – школьников, совместно ведут научные изыскания, осуществляют проектную деятельность, находят оригинальные технические решения и успешно реализуют их на практике.
Всем участникам уникального и всегда перспективного движения НТТМ желаем больших творческих успехов, осуществления самых фантастических идей, постоянного совершенствования своих знаний и профессиональных умений, непоколебимой веры в свои силы и непрерывного движения вперёд!
Раздел 01. НТТМ В ДЕЙСТВИИ. ОПЕРАЦИЯ «ВНЕДРЕНИЕ»: ДИССЕРТАЦИИ МАГИСТРАНТОВ ПО РАДИОЭЛЕКТРОННЫМ И ИНФОРМАЦИОННЫМ СИСТЕМАМ В РАЗВИТИЕ УЧЕБНО-ТВОРЧЕСКОГО ПРОЦЕСА МГДД(Ю)Т
Подраздел 01.01. По направлению: «ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ». По темам магистерских диссертаций и НИРС
(сектор НИТ МГДД(Ю)Т – каф. ТИССУ ф-та ИТ МИРЭА)
Моделирование цвета в построении мобильных макромедиа систем
А.Т.Матчин, магистрант каф. ТИССУ МИРЭА
А.Б.Фомина, проф., д.п.н., руководитель проекта, зам. директора МГДД(Ю)Т
О.С.Жигалов, консультант, асс. каф. ТИССУ МИРЭА, педагог МГДД(Ю)Т
Качество цветного изображения, как в статике, так и в динамике, является весьма острой проблемой в сфере рационального выбора и использования в макромедиа образовательных технологий мобильных компьютерных средств: нетбуков, мидлбуков, планшетных устройств и смартфонов. Объясняется это просто – за достижение высокой автономности при минимизации встроенного аккумулятора, да и стоимости изделия тоже, неизбежной платой являются нежелательные ухудшения яркости, контрастности, цветометрических характеристик экрана. Если, в нетбуках этот вопрос решён на основе компромиссов более или менее удовлетворительно (так, в одном из самых первых нетбуков модели Rower U100 яркость достигает 230 nit при контрастности не хуже 750:1 и яркости чёрного всего 0,26 nit – то есть изображение глубокое, яркое и сочное с обширными возможностями пользователя в регулировании особенностей цветовой гаммы в среде OS Windows HP), то большая часть планшетов едва ли дотягивает до требуемого уровня в вопросах цветопередачи и её глубины. Изображение зачастую уныло плоское, серое, без признаков должной глубины и резкости, а что до возможности пользовательских установок контрастности, глубины и гаммы цветов, так этого и вовсе нет. Появились, правда, достойные исключения. Так, в [1] показано, что удивительно качественным в части изображения (и звука на внешних профессиональных наушниках) оказался совсем недорогой карманный пятидюймовый андроидный планшет iROS 5.0. Очень хорошие характеристики этого плана у новейших по состоянию на начало 2012 года планшетов производства ASUS (контрастность свыше 1000:1), AСER, MSI и некоторых других, но стоимость их может показаться слишком высокой для массового использования в учебном процессе, хотя сама идеология макромедиа нацелена на высококачественное воспроизведение, с быстрым нахождением и запуском мультимедийных файлов.
Задачами представленного здесь фрагмента работы являются мотивированный выбор средств и методик тестирования обсуждаемых выше характеристик нетбуков и особенно планшетов, рациональный выбор моделей из их великого множества для поддержания макромедиа технологий в образовании, культуре и быту и, наконец, выработка обобщающих концептуальных позиций по определению типизируемых требований, предъявляемых к видеоряду мобильных компьютеров. Акцент на планшеты здесь вызван тем, что далеко не все тесты, широко применяемые в исследовании нетбуков под OS Wintel, пригодны для использования в средах Android и для линейки iPAD планшетов.
В связи с изложенным, ещё до соответствующего анализа различных тестов дисплеев на предмет их пригодности для работы с планшетами, реализовано представленное здесь решение, опубликованное в [2] и принятое здесь в качестве прототипа – эталона. Выбрано из других оно, прежде всего потому, что в нём отдельно рассматриваются механизмы и результаты тестирования для различных типовых использований компьютеров, а именно, для работы с видео форматом, статическими изображениями, офисными приложениями и т.д. Для использования планшетов в среде макромедиа это особенно актуально, поскольку индивидуальные настройки экрана для отдельных режимов позволяют в каждом из таких вариантов использования выйти на рациональное соотношение визуального качества и экономии энергоресурса.
Итак, обращаясь к указанному прототипу тестирования (настольного дисплея LG Flatron IPS236V на основе IPS-матрицы), проецируем его шаги и результаты на мультимедиа среду мобильных компьютеров. Избранный прототип обустроен так, что позволяет менять цветопередачу не только с помощью яркости трех базовых цветов, но и перейти к шести цветам (базовые компоненты цветовых пространств RGB и CMYK, за исключением черного) и задать для каждого из них уровень насыщенности и оттенок. Число гамма-кривой также можно выбрать вручную из диапазона от 1,8 до 2,6. В качестве простого решения доступны три предустановленных режима цветокоррекции: «теплый», «средний» и «прохладный». Хотелось бы, чтобы программный каркас мобильных средств позволял делать то же самое хотя бы по трём базовым цветам (красный, синий, зелёный). Во многих моделях нетбуков и мидлбуков такая функция предустановленна, в то время как в планшетах чаще всего отсутствует. Было бы досадно, если в ожидаемых к окончанию 2012 года новых моделях планшетов под OS Windows 8, эта позиция не была бы учтена. Важно также, чтобы присутствовали опции, управляющие пропорциями изображения и растяжки во весь экран, а также редакторы обрезания, изменения размеров, уровня разрешения и других параметров мультимедиа файлов.
В обсуждаемом прототипе тестирования методика предполагает традиционное использование калориметра, в частности Spyder 3 в составе известного измерительного комплекса Spyder Studio. Комментарий здесь прост: приводимые в Интернете тесты с использованием этих технических средств вызывают доверие и к планшетным дисплеям они вполне пригодны, особенно, если методика, как в прототипе, дополнена тестом точности цветопередачи, выполняемым программой Color Solutions basICColor Display версии 4.1.11 или иной, не хуже.
Тогда становятся доступными следующие параметры изображения:
яркость черного и белого поля;
контрастность;
яркость белого поля при различных значениях настроек яркости дисплея;
гамма-кривая белого цвета;
цветовая температура белого поля при различных значениях яркости видеосигнала;
хроматические координаты белой точки и базовых цветов;
цветовой охват;
ΔE — мера точности цветопередачи;
равномерность подсветки экрана.
Как минимум, позиции 1, 2, 3, 7 и 9 должны быть известны из тестов потенциальному покупателю мобильной техники как основополагающие для качественного использования изделия в среде макромедиа. Повторимся: хорошо, если 2, 3 и 7 позиции подлежат опционным воздействиям пользователя. Впрочем, и остальные позиции списка важны. При этом, полностью соглашаясь с парадигмой упомянутой публикации [2], можно утверждать, что для мобильной техники, особенно планшетной, важно, чтобы были доступны тесты и запоминаемые системой регулировки, как минимум, для следующих режимов работы: Видео; Статические изображения (панорамные и портретные); Собственные фото; Тексты в различных расширениях и уровнях масштабирования; sRGB; в иных геоинформационных приложениях.
Для лучшей ориентации в поле представляемых тестовых значений ниже приводится (рис.1) пример экспресс тестирования уже упоминавшегося выше прототипа LG Flatron IPS236V. Изделие это достаточно высокого качества, едва ли достижимого нетбуками и планшетами бюджетного ценового диапазона – тем более таблица полезна для сравнения как эталонная.
Более полное представление о цветометрических характеристиках дисплеев мобильных устройств могут предоставить получаемые в тестах гамма-кривые сравнения замеров с эталонами, опять же весьма желательно, для различных режимов работы в среде макромедиа.
а)
б)
Рис.1 Параметры изображения при различных уровнях яркости (а)
и в различных режимах (б)
Так, ниже (рис.2) для ознакомления приведён один из восьми режимных тестов прототипа, относящийся к важнейшему режиму макромедиа – Видео.
Рис.2 Пример гамма-кривой
(сравнение с эталоном теста прототипа) в режиме Видео
Здесь уместно заметить, что сопоставление результатов тестирования с эталоном в виде гамма-кривой цветометрических характеристик можно формализовать и автоматизировать средствами специализированных информационных систем, используя математическую модель Вейвлет-анализа [3], чему, в частности, посвящена в наукоёмкой части диссертация, выполняемая одним из авторов публикации – А.Т.Матчиным. Такой анализ, прежде всего, нужен затем, чтобы оценить меру весьма желательного постоянства цветовой температуры на всём диапазоне варьируемой эксплуатационной яркости. Пример (рис.3) такой оценки прототипа [2] в отношении режима Видео представлен ниже.
Рис.3 Оценка постоянства цветовой температуры эталона
в режиме Видео
Дополняют картину тестирования панорамы цветового охвата для различных режимов (пример для режима Видео см. на рис.4 а) и диаграммы точности цветопередачи (рис.4 б).
а) б)
Рис.4 Пример цветового охвата эталона (а) и диаграммы точности цветопередачи эталона (б) в режиме Видео.
Далее обычно оцениваются равномерность подсветки экрана и углы обзора с точки зрения падения и вообще исчезновения яркости при отклонении экрана. Применение LED подсветок в современной мобильной технике делает эти измерения весьма значимыми. Значительная часть выпускаемых планшетов существенно недодаёт требуемые показатели (неравномерность должна быть не более нескольких процентов, а отклонения в 45 - 60 градусов не должны быть критичными). К тому же регулировки цветометрических характеристик, а также подъём общих значений глубины цвета, контрастности, резкости изображения могут повлечь существенное ухудшение в части яркости и обеспечиваемых углов отклонения устройства. Во всех этих случаях приходится искать настройками некий компромисс между яркостью, контрастностью, общей и раздельной по цветам глубиной цвета и т.п.
В заключение следует ещё раз отметить важность оценок результатов всестороннего тестирования мобильных компьютерных устройств (в том числе изображения в различных режимах и качество аудио выхода) при решении задачи приобретения таких устройств для использования в среде макромедиа. Не менее важно, чтобы эти устройства позволяли пользователю осуществлять необходимые регулировки качества изображения и звучания в различных режимах воспроизведения мультимедиа продукции. Результат настоящей работы предназначен для включения во вторую часть создаваемых коллективом Московского межвузовского Центра НИТ МИРЭА-МГДД(Ю)Т Руководящих технических материалов (РТМ 4) по использованию планшетной техники в среде макромедиа образовательной индустрии [4].