Учебное пособие разработал


ВОСПРИЯТИЕ ПОМЕХ И ИСКАЖЕНИЙ



жүктеу 2.78 Mb.
бет12/17
Дата21.04.2019
өлшемі2.78 Mb.
түріУчебное пособие
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   17

9. ВОСПРИЯТИЕ ПОМЕХ И ИСКАЖЕНИЙ

9.1 Градации субъективной оценки качества изображения


В зависимости от степени подобия телевизионного изображения оригиналу различают три понятия точности воспроизведения.

Физическая точностьполная одинаковость физических параметров оригинала и репродукции; такая точность может быть достигнута ценой сложных и дорогостоящих технических решений и потому не реализуется.

Физиологическая точностьзрительная неразличимость оригинала и репродукции по форме, яркости и цвету, хотя физические параметры оригинала и репродукции неодинаковы; решение также достаточно сложное.

Психологическая точностьвысокая субъективная оценка качества воспроизводимого изображения, когда достигается хорошее художественное восприятие, хотя физические и физиологические параметры изображения не соответствуют параметрам оригинала.

В телевизионном вещании стремятся достичь психологической точности, а в достижимых случаях — физиологической точности. Общую оценку качества телевизионного изображения производят с помощью субъективно-статистических экспертиз, используя пятибалльную шкалу оценок, рекомендуемую МККР (табл. 9.1).

Таблица 9.1


Баллы

Оценка качества

Степень ухудшения изображения

5

Отличное

Ухудшение не заметно

4

Хорошее

Заметно, но не мешает восприятию

3

Удовлетворительное

Заметно, но немного мешающее

2

Плохое

Мешает

1

Очень плохое

Сильно мешает восприятию

Изредка добавляют высшую оценку 6 — Никаких ухудшений не заметно.

Субъективно-статистические экспертизы сложны и дороги. Поэтому чаще качество изображения оценивают рядом технических параметров. В их число входят: четкость, яркость, контрастность, число воспроизводимых градаций яркости, степень нелинейных и геометрических искажений, зашумленность.

Рассмотрению этих искажений посвящены последующие разделы настоящей главы.


9.2 Классификация помех


Ранее среди других вопросов рассматривались процессы превращения пространственных структур изображения во временную последовательность нервных импульсов и предполагаемые результаты воздействия этих процессов на нервно-психическое и физиологическое состояние человека.

Теперь речь пойдет об обратном процессе — преобразовании временных электрических процессов, вызванных воздействием помех на электрический тракт передачи сигналов изображения, в пространственные структуры рисунка помех и о восприятии рисунка помех человеком.

В зависимости от физических причин возникновения различают помехи: флуктуационные, импульсные, периодические. Первые обусловлены хаотическим движением носителей зарядов в электрических цепях — проводниках, электронных приборах, вторые чаще всего вызываются нестационарными явлениями в различных электрических цепях, например, "искрением" контактов. Природа периодических помех различна. Низкочастотная помеха чаще всего создается пульсациями выпрямленного напряжения питания, высокочастотная — действием различных высокочастотных генераторов, например, радиопередатчиков.

9.3 Флуктуационные помехи


Флуктуационные помехи уменьшают четкость и контрастность телевизионного изображения и вызывают у зрителя неприятные ощущения из-за хаотических изменений яркости (мерцания) участков изображения. Четкость изображения уменьшается потому, что помехи "размывают" резкие границы изменения яркости. Из-за помех мелкие детали изображения становятся неразличимыми, особенно с небольшим контрастом. Уменьшается количество различимых градаций яркости.

Мешающее действие помех при одном и том же относительном уровне и одинаковых условиях наблюдения зависит от нескольких причин: распределения энергии помехи по спектре; разрешающей способности глаза; формы амплитудно-частотной характеристики приемной телевизионной трубки; яркости участков изображения, на которых наблюдается рисунок помехи; времени послесвечения люминофора трубки; частоты смены кадров.

Заметнее рисунок помехи при большей разрешающей способности глаза. Флуктуационные помехи заметнее на крупных участках изображения, обладающих промежуточным значением яркости — не на темных и не на светлых, а на "серых" участках. Слабая заметность помех на самых темных участках изображения вызвана двумя причинами уменьшением контрастной чувствительности глаза, т.е. увеличением дифференциального порога, и уменьшением остроты зрения при небольшой яркости изображения.

Глаз усредняет значения яркости в соседних кадрах изображения, а в соседних кадрах изменения яркости, обусловленные помехой, различны, чаще всего — противоположны. Усреднению рисунка помехи во времени способствует инерция свечения люминофора трубки. Поэтому, например, на фотографии одного кадра изображения мешающее действие флуктуационных помех более заметно, чем при непосредственном наблюдении изображения.

Анализ показал, что флуктуационная помеха наиболее заметна на участках изображения с яркостями 2,0...4,5 кд/м2. Следовательно, при одинаковом напряжении помехи при различном размахе напряжения сигнала, помехи с уровнями, соответствующими 25...40 % размаха видеосигнала, создают наибольшее мешающее действие.

Обычно значения напряжения помех выражают в относительных единицах, через отношение сигнал/помеха (С/П), под которым понимают



, дБ,

где Uс — размах сигнала от уровня черного до уровня белого;



UПЭФФ — эффективное значение помехи.

Из графика рис. 9.1 следует, что при С/П ≈ 200 (46 дБ) флуктуационная помеха не влияет на различимость градаций яркости, а при С/П 100 (40 дБ) максимальное количество различимых градаций яркости уменьшается на 20 % по сравнению с отсутствием помех. Пороговые значения С/П, определенные различными авторами, находятся в пределах 41...49 дБ, а допустимые значения в пределах 30...40 дБ.

Заметность флуктуационных помех зависит от распределения энергии по частоте. При одинаковой энергии низкочастотная помеха, создающая более крупный рисунок, заметнее, чем высокочастотная. На уменьшении заметности последней оказывают влияние снижение разрешающей способности зрения при уменьшении размера наблюдаемых элементов и спад АЧХ приемной трубки в области верхних частот. По второй причине уменьшается контраст небольших элементов изображения. Степень мешающего действия помех, находящихся в различных участках частот, определяется весовой функцией помех Ф(f), а влияние зрения на восприятие помех — аналогичной функцией для зрения — Р(f). Тогда визуально воспринимаемая мощность помех

,

где f1 и f2 — граничные частоты полосы пропускания электрического тракта.

Заметим, что оценить количественно влияние флуктуационных помех затруднительно ввиду следующего обстоятельства. Измерительные приборы определяют эффективное значение напряжения помех, но глаз реагирует не на эффективное значение помехи, а на отдельные всплески яркости на экране, вызванные импульсами флуктуации.

9.4 Импульсные помехи


Оценить интегрально заметность искажений изображения, вызванного воздействием импульсных помех затруднительно ввиду случайности появления этих помех. Механизм восприятия этих помех и влияния их на качество восприятия изображения сложен. Поэтому сведения о допустимом отношении С/П носят оценочный характер и не дают твердого ответа на вопрос, какие же отношения С/П являются допустимыми. Обычно называют значение С/П = 25 дБ как норму при случайной или кратковременной помехе.

9.5 Периодические помехи


Помехи этого вида носят длительный характер, поэтому исследовать их влияние на восприятие изображения удалось достаточно подробно. В результате теоретического рассмотрения была получена формула, связывающая допустимое отношение С/П для стационарной периодической помехи с параметрами приемной трубки и некоторыми свойствами зрения

.

В этой формуле:



α=В/Вб относительная яркость экрана трубки на участке, на котором проявляется действие помехи;

бчконтрастность трубки, выраженная через отношение максимальной и минимальной яркостей, т.е. яркостей на "черных" и "белых" участках экрана Вч и В;



γ — коэффициент нелинейности световой характеристики трубки ;

б = ΔB/Bдифференциальный (разностный) порог различения яркостей зрением, как видно из рис. 9.2, он зависит от общей яркости в.

Рис. 9.1 Рис. 9.2


Из анализа этой формулы вытекает, что наиболее опасными участками изображения, на которых проявляется действие помех, будут участки с промежуточной яркостью ("серые") и что требования к отношению С/П увеличиваются по мере увеличения контрастности трубки р (не смешивать с контрастностью К = Втaх / Вmin объекта передачи).

Сомножитель х отображает свойства трубки, сомножитель β характеризует заметность рисунка помехи в зависимости от угловых размеров деталей рисунка помехи, т.е. от структуры рисунка помехи. При некоторых уточнениях в отношении δ эта формула может быть использована для теоретического обоснования допустимого отношения С/П применительно к флуктуационной помехе.

При сравнении результатов расчетов по вышеприведенной формуле с данными экспериментов оказалось, что числовые значения (С/П)доп близки. Вид рисунка помехи зависит от соотношения частоты помехи fп и частот кадровой fк и строчной fстр разверток (табл. 9.2).

Таблица 9.2



Соотношение между частотами fп, fк и fстр

Вид рисунка помехи

fп <fстр, fп =nfк

Неподвижный рисунок помехи из чередующихся горизонтальных темных и светлых полос. Число пар полос равно п (п — целое число)

fп стр, fп≠fк

Горизонтальные полосы, перемещающиеся вверх или вниз по экрану трубки

fп >fстр, fп=mfстр

Неподвижные вертикальные полосы. Число пар полос т (т — целое число)

fп >fстр;

fп=(m+1/2)fстр;

fп=nfк

Рисунок из вертикальных полос, причем темные и светлые полосы в смежных кадрах занимают взаимно противопо­ложные места. Вследствие усреднения яркости полос по смежным кадрам данный рисунок помехи слабо различим

fп >fстр, fпmfстр, но fп=nfк

Неподвижный рисунок из чередующихся наклонных темных и светлых полос

fп >fстр, fпmfстр, но fпnfк

Рисунок из наклонных полос, перемещающихся по экрану

При кратных соотношениях рисунок помехи неподвижен, в противном случае полосы рисунка перемещаются по экрану и становятся более заметными. Это видно из экспериментально полученных зависимостей отношения С/П от частоты помехи для неподвижного рисунка помехи (рис. 9.3, а) и рисунка, перемещающегося по экрану (рис. 9.3, б).

В описываемом исследовании под С/П понимается отношение размаха телевизионного сигнала от уровня белого до уровня черного к амплитуде напряжения помехи, а оценки качества соответствуют принятым в табл. 9.1.

Рис. 9.3.


Если в соседних кадрах темные и светлые полосы меняются местами, рисунок помехи мало заметен ввиду усреднения зрительного впечатления и инерционности свечения люминофора трубки. Этим обстоятельством пользовались для уменьшения заметности помех при выборе несущих частот телевизионных передатчиков, действовавших в общем частотном канале, и при выборе цветовых поднесущих частот в системах цветного телевидения.

При равных напряжениях помехи наиболее заметен рисунок помехи, вызванной пульсациями напряжения питания и высокочастотными помехами, лежащими в области частот менее 0,4 МГц. При дальнейшем увеличении частоты помехи ширина полос рисунка помехи уменьшается, и он становится менее заметен.


9.6 Нормирование помех


Нормирование помех производилось методом субъективно-статистических экспертиз. Рекомендации на уровни помех, выработанные международными организациями МККР и МККТТ, относятся к линиям связи, предназначенным для международной передачи электрических сигналов телевизионных программ на большие расстояния. Нормы на Допустимые уровни помех выражены в виде отношения С/П. Числовые значение допустимого отношения С/П несколько различаются в зависимости от системы телевизионного вещания и принятой ширины занимаемой полосы частот.

Для флуктуационной помехи отношение С/П должно быть не менее 50...57 дБ, для импульсной случайной или кратковременной помехи — 25 дБ, для фона, вызванного пульсациями напряжения питания — 30 дБ, для периодической помехи, частота которой лежит в диапазоне от 1 кГц до 1 МГц — 50 дБ, а для помехи, частота которой находится в пределах от 1 МГц до максимальной частоты полосы пропускания тракта, — 30 дБ.


9.7 Нелинейные и геометрические искажения


Нелинейными и геометрическими искажениями телевизионного изображения принято называть нарушения геометрического подобия между проекцией объекта передачи на мишени передающей телевизионной трубки и его изображением на экране приемной трубки. Эти искажения разделяют на два вида ввиду их различного восприятия.

Нелинейные искажения (искажения масштаба) проявляются в виде сужения или расширения отдельных участков растра. В результате масштаб объекта передачи не сохраняется постоянным по полю растра. Эти искажения особенно заметны и неприятны при передаче изображения движущихся объектов, так как относительные изменения размеров элементов изображения наиболее ощутимы.

Геометрические искажения проявляются в искривлении прямых линий, окружностей и в нарушении прямоугольной формы растра. В зависимости от вида получающейся формы растра различают "подушкообразные" (рис. 9.4,а) и "бочкообразные" искажения (рис. 9.4, б).

Рис. 9.4.


Нелинейные искажения наиболее заметны, если в одной части растра масштаб изображения увеличен, а в другой уменьшен. Нелинейные искажения по горизонтали (по строкам) и по вертикали (по высоте кадра) оценивают с помощью испытательной таблицы в виде шахматного поля и выражают коэффициентами

и ,

где а — размер самого широкого искаженного квадрата по горизонтали, b — размер наиболее узкого квадрата по горизонтали, dразмер неискаженного квадрата.

Аналогично оценивают искажения по вертикали. Соответствующие размеры по вертикали — с и е.

Коэффициенты Ка и Кb имеют противоположные знаки, первый положителен, второй отрицателен. Оба характеризуют наибольшие относительные изменения масштаба. Иногда пользуются обобщенным коэффициентом



.

Численное значение N показывает наибольшее относительное изменение масштаба изображения объекта по полю растра. Если К << 1, пользуются выражениями



, .

Геометрические искажения, проявляющиеся в виде искривления краев растра (см. рис.9.4.), определяют по формулам:



, .

Искривление прямых линий при нелинейности Г = 5 % уже легко обнаруживается. У телевизоров среднего класса качества нелинейность по горизонтали не превышает 10...12 %, по вертикали — 5...8 %.


9.8 Искажения масштаба времени


Частота проекции кадров изображения в кинематографе и телевидении fnp должна совпадать с частотой съемки объектов передачи fc. При нарушении этого условия характер движения изображения объектов изменяется.

С целью достижения некоторых зрительных эффектов отклоняются при съемке от стандартной частоты 24 к/с. Чтобы сделать различимыми некоторые быстро протекающие процессы, например, вспышку молнии или движение крыльев птицы или пчелы, увеличивают во много раз частоту съемки. Наоборот, чтобы сделать понятными некоторые медленно текущие процессы, например, прорастание растения из семени или распускание цветка, уменьшают частоту съемки, до одного кадра в час. Иногда эти приемы используют для достижения художественных целей, например, для получения комических эффектов.

В эпоху "немого" кинематографа съемка велась с частотой 16 к/с. Этого было достаточно для удовлетворительной передачи не очень быстро двигающихся объектов и невысокой яркости экрана. Разрывов между отдельными положениями (фазами объектов съемки не наблюдалось. При демонстрации старых кинофильмов в кинотеатре с частотой 24 к/с и в телевидении с частотой 25 к/с характер передачи движения искажается настолько, что производит неприятное впечатление. Движения людей становятся суетливыми.

Для устранения этого недостатка необходимо каждый второй кадр изображения проецировать дважды. Тогда частота кадров будет 8 + 2 · 8 = 24 к/с, т.е. станет равной принятой сейчас частоте.


9.9 Стробоскопический эффект


Своеобразные искажения возникают в кинематографе и телевидении из-за того, что впечатления движения объектов достигают быстрой сменой множества неподвижных изображений, запечатлевших отдельные моменты положения объекта. Если, например, запечатлевать таким образом вращение колеса, то зрительное ощущение направления и скорости вращения колеса может оказаться полностью искаженным.

Если за время между последовательными моментами съемки совершится целое число оборотов колеса, то оно представится глазу неподвижным. Если за время между съемкой двух последовательных кадров совершится целое число оборотов колеса и еще какая-то доля целого оборота, то зрению колесо представится медленно вращающимся в направлении действительного его вращения. Наконец, если за время между съемкой двух соседних кадров число оборотов будет несколько меньше целого, то нам станет казаться, что колесо вращается в направлении, обратном действительному направлению. При изменении скорости вращения эти эффекты будут сменять друг друга.

Искажения, обусловленные стробоскопическим эффектом, наблюдаются, если освещать какой-либо движущийся объект светом импульсного источника. Тогда наблюдатель увидит последовательные положения этого объекта. Тот же эффект получится, если безынерционный источник света, например, неоновую лампу, питать переменным током. Помашите быстро рукой перед лампой, и вы увидите сразу несколько теневых изображений кисти.

9.10 Искажение передачи градаций яркости


Количество различаемых градаций яркости изображения зависит от контрастности изображения β = Bmax/Вmin и контрастной (дифференциальной) чувствительности глаза δ.

.

Примем для мелких деталей изображения β = 10, для крупных β = 40, а δ = 0,03. Тогда n = 2,3lg(l0...40)/0,03 = 80...130, т.е. в среднем около ста. Правильность передачи градаций яркости определяется степенью линейности телевизионного тракта, включая преобразователи изображений — передающую и приемную трубки (рис. 9.5).



Рис. 9.5
Нелинейность амплитудной характеристики тракта приводит к потере части градаций яркости и, как следствие, к ухудшению воспроизведения полутонов.

Для оценки точности передачи градаций яркости используют градационные полоски телевизионных испытательных таблиц. Чтобы скачки яркости градационных полосок казались равными, коэффициенты отражения полосок должны изменяться в соответствии с логарифмическим законом Вебера и Фехнера. Относительные числовые значения коэффициентов отражения полосок приведены в табл. 9.3.

Таблица 9.3



Номера полосок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Коэффициент отражения

1

0,67

0,48

0,31

0,27

0,14

0,09

0,06

0,04

0,03

9.11 Восприятие нарушений цветопередачи


Нарушения точности воспроизведения цветов изображения воспринимается как резкое ухудшение качества. Особенно они заметны зрителям на изображении лица персонажей и белых участках изображения. Поддержание правильного баланса цветов в изображении — важная задача творческих и технических работников телевизионного вещания. В некоторых случаях сознательное нарушение цветового баланса дает интересные и полезные художественные результаты. Так, например, для создания эффекта ночных сцен желательно "притушить" красные и оранжевые тона и подчеркнуть синие тона изображения, так как это соответствует эффекту Пуркинье (эффекту сумеречного зрения). Интересны цветовые характеристики положительных и отрицательных героев. Однако нарушения цветового баланса в "клипах" и рекламных передачах логически не оправданы и служат лишь целям получения экстравагантных изображений, предназначены для того, чтобы "ударить по сознанию" зрителей. Ввиду неэстетичности они формируют у зрителей отрицательные эмоции.

9.12 Снижение четкости изображения


Четкость является одним из важнейших составляющих качества телевизионного изображения. Недостаточная четкость вызывает неприятное ощущение размытости, расфокусировки изображения. Лица персонажей, находящиеся в телевизионном изображении на среднем и общем планах, становятся неузнаваемыми, неразличимыми.

Четкость телевизионного изображения характеризуется различимостью мелких деталей, присутствующих в объекте передачи. Четкость в первую очередь зависит от числа строк разложения z (рис. 9.6).



Рис. 9.6.


Считается, что при принятом в нашей стране и Европе числе строк разложения — 625 — четкость достигает 90...95% от максимально возможной. На самом деле в силу различных причин реальная четкость оказывается меньше указанной. Ее снижают т.н. апертурные искажения передающей и приемной трубок, ограничение полосы пропускания телевизионных приемников, амплитудно-частотные и фазовые искажения усилителей, передатчиков и других звеньев телевизионного тракта.

Влияние апертурных искажений объясняется с помощью рис. 9.7. Их суть сводится к тому, что по мере приближения диаметра d развертывающего луча электронно-лучевой трубки к размеру деталей изображения, диаметр луча становится больше протяженности этих деталей. В результате луч будет покрывать одновременно светлую полоску и темные промежутки между полосками. Тогда "белые" места потемнеют, а "темные" посветлеют. Очень узкие полоски превратятся в сплошной серый фон.



Рис. 9.7
Иногда понятие четкости подразделяют на детальность (воспроизведение мелких деталей) и резкость (воспроизведение резких скачков яркости). Существуют технические приемы, чтобы повлиять и на детальность, и на резкость границ.

Четкость изображения напрямую связана с разрешающей способностью глаза. Угловые размеры наблюдаемых деталей изображения зависят от размера экрана и расстояния, на которое зритель удален от экрана. Это расстояние выбирают из условия, чтобы не замечалась строчная структура изображения.




Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   17


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет