Психофизиологические параметры зрительной информации
В большинстве телевизионных систем предусматривается зрительное получение информации. Это касается не только чисто визуальных систем, но и телевизионных автоматов, в которых визуальный канал имеет вспомогательное значение, играя роль видоискателя.
Зрительное восприятие изображений объектов на различных устройствах отображения информации (кинескопах, индикаторных панелях и др.) можно разделить на три стадии: обнаружение, различение и опознавание [25].
Обнаружение — это стадия зрительного восприятия, на которой наблюдатель выделяет объект из фона, но не может еще судить о его форме и признаках, для обнаружения необходимо выделять в изображении только очертания объекта или его крупные детали.
Различение — это стадия зрительного восприятия, на которой наблюдатель способен раздельно воспринимать два объекта, а также выделять отдельные детали объектов.
Опознавание — это стадия зрительного восприятия, на которой наблюдатель выделяет существенные признаки объекта и относит его к определенному классу. Опознавание требует воспроизведение системой большинства мелких деталей. На практике при решении различных задач проектирования обычно ограничиваются двумя понятиями: обнаружения и опознавания.
Метаматериалы и их невероятные свойства
Зрительное восприятие изображения зависит от ряда независимых информационных показателей: угловых размеров изображения объекта или его деталей, уровня адаптирующей яркости, контраста между изображениями объекта и фона, времени восприятия изображения (подвижности объекта) и его зашумленности. С другой стороны, на процессы обнаружения и опознавания объекта наблюдения непосредственно влияют характеристики зрительного анализатора оператора и, в первую очередь, контрастная чувствительность зрения.
Рассмотрим кратко каждый из информационных показателей изображения.
Угловые размеры. Угловой размер изображения объекта определяется как угол между лучами, направленными от глаз оператора к крайним точкам изображения (рис. 1.1). Угловой размер определяют по формуле
Рис. 1.1. К расчету углового размера изображения детали объекта
а = 2arctg (S/2H),
где S — линейный размер изображения объекта; Н — расстояние от глаз оператора до плоскости наблюдения.
Расстояние Н рекомендуется выбирать в пределах Н = (4-г-5)h, где h — высота растра на экране кинескопа. Для малых углов а= S/Н. При расчетах удобно пользоваться также соотношением а= где (Зэ — угол, под которым наблюдается растр на
экране кинескопа; Ъ — размер растра в направлении измерения размера детали S.
Очевидно, что для каждой стадии зрительного восприятия пороговые угловые размеры изображения будут разными. Абсолютный порог у большинства людей составляет 0,5″ (тонкая черная линия на светлом фоне), что примерно в 120 раз меньше, чем пороговая величина, которую в большинстве расчетов принято считать равной 1′. Остротой зрения называют величину у= 1/сспор, определяющую способность раздельного видения двух отдельных предметов. Острота зрения зависит от контраста изображения, расстояния между соседними светочувствительными элементами сетчатки глаза, от формы наблюдаемого предмета и места его расположения на сетчатке. Острота зрения выше для протяженных предметов и максимальна в центральной части сетчатки (примерно в угле зрения 7°).
Сравниваем системы Smart TV
Пороговое значение углового размера апор зависит от яркости фона Ьф. Эта зависимость при опознавании кольца Ландольта приведена ниже.
Ьф, кд/м 2 . ОД 1,0 10 100 1000
Яркость изображения. Диапазон яркостей, который может восприниматься глазом, весьма широк и составляет 10 -7 -10 -5 кд/м 2 . Однако рабочий диапазон яркостей намного меньше и зависит от уровня адаптации, т. е. средней яркости поля зрения, к которой приспосабливается глаз. При низких уровнях адаптации интервал яркостей, различаемых одновременно, составляет примерно 10:1, а при высоких уровнях (дневной свет) — 1000:1. Переход от одного уровня адаптации к другому требует определенного времени. От уровня адаптации зависит острота зрения, причем оптимальным уровнем адаптации с этой точки зрения считают 500-
700 кд/м , что намного превышает яркость экранов современных кинескопов.
Для оптимальных условий работы глаза важным является соотношение яркостей объектов, находящихся в поле зрения:
- 3:1 — между рабочим полем и близким его окружением;
- 10:1 — между рабочим полем и дальним его окружением;
- 20:1 — между источником света и ближайшим его окружением;
- 40:1 — между самым светлым и самым темным местом, попадающим в поле зрения.
Контраст изображения и контрастная чувствительность зрения. Любое изображение характеризуется яркостным контрастом. Под контрастом многоградационного изображения в общем случае понимается величина, характеризующая различие в яркости отдельных его участков. От контраста элементов воспроизводимого изображения зависит обнаружение как крупных, так и мелких деталей объекта, а следовательно и его восприятие наблюдателем [20]. Определим контраст как отношение яркостей двух участков изображения L1 и L2 к большему значению L2:
На практике обычными являются случаи, когда один из участков изображения служит фоном по отношению к другому, принимаемому за объект.
В зависимости от соотношения яркостей объекта и фона удобно различать два вида контраста — прямой и обратный [25]. При прямом контрасте яркость изображения фона ч больше яркости изображения объекта L0 и тогда
при обратном контрасте
Контраст может выражаться как в относительных единицах (0 3 кд/м 2 ) равно 0,05 с, а функция затухания достаточно точно аппроксимируется зависимостью
При этом эффективные значения яркости и контраста определяются по формулам:
Таким образом, при однократных раздражениях эффективный контраст, т. е. контраст, воспринимаемый наблюдателем, будет всегда меньше действительного контраста.
Благодаря инерции зрения при периодическом возбуждении глаза с частотой f, превышающей некоторое критическое значение /кр, мелькающее изображение воспринимается как слитное. Это обстоятельство лежит в основе выбора частоты смены кадров в кино и телевидении. Для вычисления значения /кр часто используют эмпирическую формулу
где а и b — коэффициенты, зависящие от условий наблюдения.
При выполнении условия f > /кр — эффективная яркость определяется законом Тальбота
а прямой эффективный контраст — выражением
В кино и телевидении частота смены кадров или полукадров
Зашумленность изображения. Установлено, что влияние шумов на изображение, наблюдаемое на экране кинескопа, проявляется двояко [30]. Во-первых, происходит увеличение средней яркости свечения экрана за счет шумовой подсветки, являющейся следствием детектирующих свойств модуляционной характеристики трубки. При этом снижается контраст изображения и нарушается распределение градаций яркости по динамическому диапазону. Во-вторых, переменная составляющая шума создает флуктуации яркости на экране, что ухудшает различимость отдельных мелких деталей изображения.
Шумовая подсветка экрана влияет в основном на изображение крупных деталей размером не менее нескольких десятков элементов разложения. На рис. 1.4 изображена модуляционная характеристика кинескопа, подчиняющаяся уравнению L = pt/CM, где Р — коэффициент пропорциональности; UCM — приложенное к модулятору
Рис. 1.4. Модуляционная характеристика кинескопа при шумовой подсветке экрана
Рис. 1.5. Зависимость порогового контраста от отношения сигнал/шум на модуляторе кинескопа
кинескопа напряжение видеосигнала. Из рисунка видно, что даже при отсутствии видеосигнала вследствие детектирования положительных выбросов шума будет иметь место свечение экрана, на фоне которого возникают шумовые точки. Таким образом, модуляционная характеристика изменится, как это показано на рис. 1.4 штриховой линией. Очевидно, что аналогичный результат будет наблюдаться и в случае, когда модуляционная характеристика отвечает степенной функции L = |3C/JM, где у — показатель степени.
Наличие шумовой подсветки приводит к снижению контраста изображения аналогично тому, как это имеет место при внешней засветке экрана. При наблюдении мелких деталей, измеряемых единицами элементов разложения, существенное значение помимо шумовой подсветки приобретает переменная (флуктуирующая) составляющая яркости.
Наличие этой составляющей приводит к тому, что контраст детали также становится флуктуирующим. Возможность обнаружения детали объекта на фоне шумов при этом резко падает из-за увеличения порогового контраста, равного > -^пор- На рис. 1.5 показана зависимость порогового контраста от отношения сигнал/шум на модуляторе кинескопа для наблюдаемой детали размерами 3×3 элемента разложения, у= 2, равномерного спектра шума от 0 до 5 МГц и порогового контраста при отсутствии шума Кпор = 0,08. Кривая 1 построена с учетом влияния на пороговый контраст как шумовой подсветки, так и флуктуации яркости, а кривая 2 — с учетом только шумовой подсветки.
Источник: bstudy.net
Потребительские свойства телевизоров
К основным потребительским свойствам телевизоров относятся: функциональные свойства, эргономические свойства, безопасность, надежность.
Функциональные свойства телевизоров подразделяются на свойства, обеспечивающие уверенный прием телевизионных передач, свойства характеризующие качество изображения и качество звукового сопровождения.
К основным параметрам телевизоров, обеспечивающим уверенный прием телевизионных передач, относятся чувствительность и избирательность (селективность) в каждом из диапазонов принимаемых волн, которые в совокупности определяют возможное количество принимаемых программ.
Чувствительность характеризует способность телевизора принимать слабые сигналы и определяется наименьшей величиной напряжения, измеряется в мкВ, сигналов изображения и звукового сопровождения на антенном входе телевизора, которое дает устойчивое, нормальное изображение и обеспечивает номинальную выходную мощность по звуковому каналу.
Избирательность характеризует способность телевизора выделять сигналы нужной станции из множества сигналов и помех, воздействующих на антенну приемника. Избирательность измеряется в децибелах (дБ).
Чувствительность и избирательность актуальны для телевизоров, принимающих аналоговые сигналы эфирного наземного телевидения.
К параметрам, характеризующим качество телевизионного изображения, относят: экранное разрешение, тип развертки изображения, частоту смены кадров (или полукадров), время отклика пикселей экрана, яркость и контрастность телевизионного изображения, формат и размеры телевизионного экрана, чистоту цвета, цветовую насыщенность, баланс белого цвета. Экранное разрешение указывает на максимальное разрешение изображения, которое может отображаться на экране телевизора при приеме или поступлении соответствующего видеосигнала, и показывает, насколько детальным будет отображаемое изображение.
Экранное разрешение жидкокристаллических, плазменных и светодиодных панелей выражается количеством пикселей (элементарных ячеек) по горизонтали и по вертикали, например, 1920 ? 1080 или числом горизонтальных линий с указанием типа развертки, например, 1080p (p – прогрессивная развертка, i – чересстрочная). Чем выше экранное разрешение, тем выше четкость отображаемого изображения, при условии приема и обработки телевизором телевизионного сигнала соответствующего разрешения. В свою очередь, разрешение передаваемого телевизионного сигнала, тип развертки и частота смены кадров (полукадров) определяются действующими стандартами телевизионного вещания.
Изображение, выводимое на экран телевизора при помощи построчной (прогрессивной) развертки воспринимается глазом человека, как более “четкое”, по сравнению с чересстрочным изображением. В связи с этим, Европейский вещательный союз (EBU), рекомендует кинопроизводителям снимать фильмы в стандарте 1080p с построчной разверткой и частотой кадров 50 Гц. В настоящее же время, многие производители для улучшения качества отображения визуальной информации используют цифровые технологии, позволяющие формировать из каждых двух полукадров чересстрочной развертки один кадр, который выводится на экран телевизора построчно. Такой процесс называется деинтерлейсингом.
Частота смены кадров (полукадров при чересстрочной развертке) определяет степень мерцания (стабильности) телевизионного изображения и соответственно влияет на удобство просмотра телепередач. В большинстве телевизоров кадры (или полукадры) отображаются с той же стандартной частотой, с какой они передаются от источника видеосигнала, например 25 Гц, 30 Гц (29,97 Гц), 50 Гц, 60 Гц. В некоторых телевизорах используются цифровые технологии, позволяющие увеличить частоту смены отображаемых на экране кадров (полукадров) до 100 Гц (Motionflow 100 Hz) или 200 Гц (Motionflow 200 Hz) и более, что делает мерцание изображения на экране практически незаметным и значительно снижает утомляемость глаз при длительном просмотре передач.
Время отклика пикселей жидкокристаллической и плазменной панелей характеризует реакцию пикселей экрана телевизора на изменение управляющего видеосигнала (обновление экранного изображения) и определяет четкость изображения при отображении динамических сцен. Измеряется в миллисекундах (мс). В плазменных и OLED телевизорах составляет около 0,001 мс, а в жидкокристаллических телевизорах от 2 до 8 мс.
Яркость свечения экрана определяет верность тонового и цветного изображения, а также возможность просмотра телепередачи на свету без напряжения зрения. Яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м ) и оценивается по максимальной яркости наиболее светлых участков изображения. Практически установлено, что средняя яркость 30–50 кд/м вполне достаточна для просмотра изображения. Максимальная яркость телевизионного изображения на экране кинескопа цветного телевизора (в зависимости от размера экрана по диагонали) лежит в пределах от 170 до 320 кд/м . Жидкокристаллические телевизоры имеют яркость свечения до 600 кд/м , плазменные панели до 1000 кд/м .
Контрастность изображения – параметр, характеризующий различие в яркости отдельных элементов изображения. Контрастность говорит о том, во сколько раз черный (неактивированный) пиксель темнее белого (активированного) пикселя.
Количественно контрастность телевизионного изображения выражается отношением яркости наиболее светлого участка телевизионного изображения к яркости наиболее темного егоучастка. Наибольшую контрастность изображения имеют плазменные панели, которая может иметь значения до 1000:1 и более. Формат и размер телевизионного экрана во многом определяют зрительские ощущения. Формат 16:9 по сравнению с форматом 4:3 более удобен для глаз зрителя. Большой размер экрана и панорамность развертки создает впечатление присутствия в кинозале, придает просмотру телепередач большую выразительность, позволяет телезрителю ощутить реальность транслируемых передач и свою причастность к освещаемым событиям, позволяет большей группе людей смотреть телепередачи.
Чистота цвета представляет собой объективную колориметрическую характеристику качества цвета, определяющую степень выраженности цветового тона.
Субъективная характеристика зрительного восприятия степени выраженности цветового тона, позволяющая оценить долю излучения спектрального и белого цветов в общем цветовом ощущении, называется насыщенностью цвета.
Баланс “белого цвета” характеризует степень соответствия цвета свечения экрана цвету свечения эталонного источника белого и сохранение правильного воспроизведения белого цвета во всем диапазоне регулировок яркости и контраста. Определяется степенью сбалансированности излучения трех основных цветов каждой точкой экрана при формировании белого цвета.
Нарушение баланса белого цвета приводит к появлению окрашивания изображений ахроматических (бесцветных) объектов.
Параметры телевизоров, характеризующие качество звукового сопровождения, аналогичны параметрам, характерным для бытовой радиоаппаратуры, рассмотрены в соответствующем разделе.
Сервисные функции современных телевизоров включают:
- автоматическую настройку телевизора на транслируемые программы (Auto tuning system);
- автонастройку параметров изображения;
- дистанционное управление режимами работы телевизора;
- возможность выключения звука (Mute);
- возможность вывода на экран текущего времени, выполняемых функций, регулировок (On screen display);
- автоматическое выключение телевизора при длительном отсутствии радиосигнала изображения (Noise timer);
- возможность программирования включения (выключения) телевизора;
- возможность приема телетекста (дополнительной текстовой или графической информации);
- возможность переключения формата изображения с 4:3 на 16:9, и наоборот;
- возможность электронной остановки изображения (“стопкадр”) и его пошагового воспроизведения;
- увеличение фрагментов изображения (масштабирование);
- возможность параллельного воспроизведения на экране изображений нескольких программ.
Безопасность эксплуатации телевизора – свойство, характеризующее вероятность риска, связанного с возможностью причинения вреда жизни, здоровью и имуществу потребителя и окружающей среде при обычных условиях эксплуатации. Требования безопасности отражены в ГОСТ Р МЭК 60065-2002.
Применение новых технологий получения изображения, различных систем защиты, отключающих телевизор от электрической сети при больших колебаниях напряжения, по окончании трансляции телепередач, “таймера сна” (sleep timer), позволяющего задать время выключения телевизора различной длительности, функции Child look (“Защита от детей”), позволяющей заблокировать включение телевизора или изменение режимов, его эксплуатации, значительно улучшило безопасность эксплуатации телевизоров.
Плазменные панели и жидкокристаллические экраны не создают магнитных полей и рентгеновского излучения, как кинескопы, что служит гарантией их безвредности для здоровья.
Источник: student-servis.ru
Основные параметры телевизионной системы
Телевидение – создание и массовое распространение аудиовизуальной информации в определенной системе взаимодействия с аудиторией. В понятие «телевидение» входят трансляции, передача или прием знаков, сигналов, надписей, изображений, звуков или сведений любого рода посредством проводной связи, оптических систем, радиотехники или иных электромагнитных систем. Все это делает телевидение одним из важнейших средств массовой информации.
Наука о телевидении представляет собой систему основных идей, форму научного знания, дающего целостное представление о закономерностях и существенных связях печати, радио и телевидения. В теорию телевидения входят научные знания: о принципах и функциях телевидения; о тематико-жанровой структуре и направлениях телевизионного вещания; об особенностях и специфике воздействия на массы средствами телевидения; о взаимовлиянии телевидения и других средств информации; о путях повышения эффективности функционирования телевидения; о развитии обратных связей телевидения и его аудитории.
Техническая база телевидения состоит из двух комплексов:
· техника для записи, монтажа, воспроизведения изображения и звука с помощью средств видео и кино, сосредоточенная в телецентрах;
· техника передачи телевизионного, изображения и звука на расстояние.
Телевизионная система (ТВС) – комплекс устройств, предназначенных для преобразования динамических (оптических) изображений в электрический сигнал, передачи этого сигнала на расстояние, преобразования сигнала с целью извлечения или улучшения полезной информации и восстановления изображений.
Телевизионные системы классифицируют следующим образом:
1. По функциональному назначению:
2. По способу кодирования и обработки информации:
3. По области приложения специальных систем:
· визуализации изображений не светового диапазона;
· подсистема обработки и понимания ТВ изображений.
4. По области спектра электромагнитных волн для визуализации:
· радиодиапазона и т.д.
5. По способу кодирования яркости и цвета:
· с параллельным кодированием цвета (NTSC, PAL);
· с поочередной передачей цвета (SECAM);
· с последовательным кодированием яркости и цвета (ТВЧ).
6. По типу линии связи:
7. По расположению ретранслятора:
· с наземным расположением ретранслятора;
· со спутниковым ретранслятором.
8. По диапазону частот:
Форматом кадра называется отношение ширины изображения b к его высоте h.
В ТВ величина формата кадра выбрана равной k = 4:3, что определяется угловыми размерами поля ясного зрения глаза и учитывает опыт выбора формы изображения в кино, фотографии и живописи. В современных системах используется k = 16:9.
Число строк разложения z определяет номинальную четкость ТВ изображения, т.е. его детальность. Эти параметры зависят от числа элементов в изображении N. Учитывая, что вдоль строки укладывается z элементов,
N = z · kz = kz 2 . (2.3.2)
Под элементом понимается минимальный участок ТВ изображения, внутри которого воспроизводится лишь средняя яркость. Число строк разложения выбирается исходя из величины разрешающей способности глаза (при рассматривании изображения в угле ясного зрения).
Разрешающая способность глаза количественно определяется минимальным углом, равным (1,0. 1,5) ‘ , в пределах которого две точки еще различаются отдельно.
В России принято число строк разложения z = 625. Это в известной мере реализует разрешающую способность глаза, если наблюдение изображения осуществляется при оптимальном расстоянии рассматривания l опт = (5. 6) h, т.е. при рассматривании изображения в угле ясного зрения. В ТВ системах высокой четкости (ТВЧ) число строк разложения z ТВЧ = 1125 (1250).
Ширина спектра ТВ сигнала определяется в основном верхней граничной частотой
где n – число кадров, передаваемых в секунду; N1c = kz 2 n – число элементов изображения, передаваемых в секунду.
Число кадров, передаваемых в секунду, – число неподвижных изображений, передаваемых в одну секунду, – выбирается исходя из инерционных свойств зрительного анализатора. Благодаря инерции зрительного восприятия («памяти») удается имитировать плавное движение деталей изображения и восприятие мерцающего светового потока как непрерывного излучения.
Из опыта кино известно, что для получения впечатления плавного движения объектов в большинстве случаев достаточно воспроизводить 16 неподвижных изображений в секунду. Однако при таком числе кадров глаз замечает мерцание яркости изображения на экране. Величина критической частоты мерцаний, при которой глаз перестает замечать периодическое изменение яркости телевизионного экрана, лежит в пределах (48. 50) Гц. Исходя из этого число кадров ТВ системы при построчной развертке должно быть выбрано n =50 к/с.
Однако при n =50 к/с по каналу связи передается избыточная информация, что значительно расширяет спектр сигнала изображения. При этом верхняя частота спектра согласно (2.3.3) может быть определена как
Сокращения спектра ТВ сигнала за счет уменьшения скорости передачи изображения (числа кадров в секунду) можно добиться с помощью чересстрочной развертки. При чересстрочной развертке каждый кадр передается за два приема: сначала нечетные строки (нечетное поле), затем четные (четное поле). При этом частота мерцаний яркости изображения в 2 раза превышает число кадров, передаваемых в секунду, поэтому для современных вещательных систем с чересстрочной разверткой число кадров выбрано равным 25 к/с при мерцании яркости изображения с частотой 50 Гц. Это позволяет сократить спектр частот сигнала изображения в 2 раза и обеспечить незаметность мерцаний яркости изображения на экране. Действительно, при k =4:3, z =625, n =25 к/с верхняя частота спектра равна
Процесс сокращения спектра сигнала изображения можно пояснить следующим образом. При передаче изображения с распределением яркости L m вдоль строки m ТВ системой с построчной разверткой
(рис. 2.1, а, б) форма сигнала изображения будет иметь вид, показанный на рис. 2.1, в.
При передаче этого же изображения ТВ системой с чересстрочной разверткой с тем же числом строк появляется возможность в 2 раза уменьшить число кадров. Из-за этого скорость движения развертывающего луча передающей трубки по строке уменьшается в 2 раза. Форма сигнала изображения в этом случае показана на рис. 2.1, г.
Длительность импульсов t и от соответствующих деталей изображения и длительность фронтов этих импульсов t ф увеличиваются в 2 раза. Из общей теории связи известно, что ширина спектра импульса обратно пропорциональна его длительности, поэтому при чересстрочной развертке с тем же числом строк спектр сигнала изображения уменьшается в 2 раза и для его передачи требуется меньшая полоса частот тракта.
Рис. 2.1. Процесс сокращения спектра
Контрастом изображения называется отношение максимальной яркости изображения L max к минимальной яркости L min
Контраст является одним из важнейших качественных параметров изображения, так как он характеризует диапазон изменения яркости и определяет число различимых градаций яркости (полутонов изображения). При уменьшении контраста изображение становится блеклым, как бы покрывается туманом, уменьшается различимость его деталей. К этому явлению приводит и внешняя засветка изображения, так как контраст при наличии паразитной засветки L д неизбежно падает:
, зеленого, синего. Эти же сигналы управляют токами лучей электронно-оптического прожектора цветного кинескопа в телевизоре. Изменяя соотношение сигналов на катодах кинескопа, можно получить любой цветовой тон в пределах цветового треугольника, определяемого цветовыми координатами применяемых люминофоров.
Различия между системами ЦТВ состоят в методах получения из сигналов основных цветов R,G,B полного цветового телевизионного сигнала (ПЦТС), с помощью которого модулируется несущая частота в телевизионном передатчике (преобразование необходимо для того, чтобы разместить информацию о цветном изображении в полосе частот сигнала черно-белого телевидения).
Источник: studopedia.su