Оценка качества телевизионного изображения

                                   СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………..……………………………………………… 3

1 ЧЁТКОСТЬ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ…………………..4

2 ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ В ТЕЛЕВИЗИОННОМ КАНАЛЕ И СПОСОБЫ ИХ ОЦЕНКИ…………… 9

        2.1 Геометрические (координатные) искажения.…………………………9

        2.2 Полутоновые (градационные) искажения…………………………….12

        2.3 Искажение яркости средних и крупных деталей…………………….14

       2.5 Цветовые искажения……………………………………………………15

       2.6 Оценка качества изображения по телевизионным испытательным

       таблицам…………………………………………………………………….16   

3 РАСЧЕТ ВЗВЕШЕННОГО И НЕВЗВЕШЕННОГО ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ В ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СИСТЕМЕ……………………..19

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА И ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОМЕХИ, СОЗДАЮЩЕЙ НА ЭКРАНЕ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА СТАЦИОНАРНУЮ КАРТИНУ…………………………………………….23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………..28

ВВЕДЕНИЕ.

Задачей ТВ систем является воспроизведение изображений, тож­дественных наблюдаемым объектам в пространстве. Эта цель может быть достигнута с помощью стереоцветной системы со значительно более высокими качественными показателями, чем реализуемые в настоящее время. Поэтому в первую очередь качество ТВ изображе­ния ограничивается основными параметрами системы вещательного телевидения, регламентированными ГОСТ 7845-92 (формат кадра, разрешающая способность — число строк, число кадров, передава­емых в одну секунду, число мельканий, число полутонов и их распре­деление в динамическом диапазоне изменения яркости репродукции, цветовой охват и др.). Эти параметры определяют номинальное каче­ство ТВ изображения, воспроизводимого данной системой.

Кроме этих ограничений, соответствие ТВ изображения оригиналу нарушается и из-за искажений изображения, возникающих практиче­ски во всех элементах ТВ системы.

В настоящее время объективная и субъективная оценки парамет­ров звеньев ТВ системы и искажений изображения, а также условия его наблюдения и обработка результатов измерений регламентироваяы документами МККР и ГОСТ 7845-92, 26320-84 и др. Большинство норм на искажения изображения базируется на свойствах зрительной системы человека и экспериментальных статистических исследованиях по определению допустимых значений этих искажений. Параметры электрических сигналов и их искажений в разных точках тракта, как правило, оцениваются объективными методами с помощью специаль­ных измерительных приборов, а результирующее качество ТВ изобра­жений — визуально, по изображению универсальных оптических или электронных телевизионных испытательных таблиц УЭИТ.

Рассмотрим основные виды искажений ТВ изображения и методи­ку их оценки.

2. ЧЕТКОСТЬ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ.

 Параметр телевизионного изображения, характеризующий качество воспроизведения и степень различимости на нем мелких деталей. Количественно выражается максимальным числом черных и белых линий, визуально различимых при воспроизведении нормализованного испытательного изображения шриховой миры, нанесенной на телевизионной испытательной таблице, например, в виде расходящихся веером клиньев. В соответствии со структурой телевизионного растра различают четкость изображения вдоль строк телевизионных (четкость по горизонтали) и поперек строк (четкость по вертикали). Современные стационарные телевизоры цветного изображения обеспечивают четкость (на черно-белом изображении) по горизонтали 400-450 линий, по вертикали 450-500 линий, переносные - соответственно 300-350 и 350-400 линий; у телевизоров черно-белого изображения четкость несколько выше (вследствие отсутствия цветоделительной маски в черно-белом кинескопе). Цветовая четкость характеризует качество воспроизведения цветов мелких деталей цветного телевизионного изображения. Оценивается с помощью цветной телевизионной испытательной таблицы по изображению групп параллельных (как правило, вертикальных) одинаковых по ширине штрихов чередующихся цветов, например, красных и голубых, зеленых и пурпурных, синих и желтых.

Четкость изображения оценивается относительным размером ми­нимальной детали, воспроизводимой ТВ системой, а резкость — отно­сительным размером границы между фоном и деталью с равномерной яркостью; причем длительность сигнала от этой детали должна пре­вышать длительность переходных процессов в системе . Раз­меры деталей и границ измеряются в относительных единицах — по отношению к высоте изображения  h, а четкость — в условных едини­цах — строках или ТВ линиях. Например, если визуально на репро­дукции различаются детали размером не менее (l/500)h, то четкость изображения составит 500 ТВ линий. Параметры четкость и резкость изображения связаны между собой, так как характеризуют способ­ность системы реагировать на быстрые изменения яркости оптическо­го изображения.

В отличие от фото- и кинорепродукций четкость ТВ изображения оценивают раздельно по вертикали и горизонтали из-за того, что их величины обусловлены разными факторами.

Номинальная четкость изображения по вертикали определяется дискретной структурой растра — числом строк разложения изображения z= 625. Так как конфигурация одного элемента изображения принимается в виде квадрата или окружности размером  h/z, то вдоль строки изображения должно содержаться пропорциональное число    элементов разложения: в соответствии с форматом кадра k = b/h = 4/3 оно определится как

                                                  kz =(4/3) 625 =800

Номинальная четкость изображения по горизонтали зависит в .основном от ширины спектра сигнала яркости, так как высокочастот­ные составляющие спектра несут информацию о мелких деталях изо­бражения и качество их передачи определяет разрешающую способ­ность ТВ системы.

Четкость ТВ изображения принципиально не может превышать номинальное значение из-за ограничений, накладываемых нормиро­ванными параметрами системы, в частности числом строк z = 625 и шириной спектра Δf=6,0 МГц сигнала яркости, определяющих вос­произведение минимальной детали в вертикальном и горизонтальном направлениях соответственно. Поэтому искажения четкости (резко­сти) всегда связаны с уменьшением ее номинального значения, огра­ничиваемого реальными параметрами данной ТВ системы, и в част­ности:

качеством фокусировки, наличием аберраций и формой апертурных (контрастно-частотных) характеристик электронно-оптических систем фотоэлектрических преобразователей; качеством чересстрочной развертки;

реальной шириной спектра ТВ сигнала, т.е. линейными искажени­ями в области высоких частот тракта передачи сигнала яркости.

Как известно, линейные искажения тракта и его участков описы­ваются с помощью разных, но полностью равноправных методов анализа с помощью частотных характеристик: y(w)- амплитудно-частотной (АЧХ), ф(w)- фазо-частотной (ФЧХ), а также с помощью h(t)-  переходной характеристики ПХ как  реакции системы на единичный скачок яркости (или сигнала изображения). "Язык" частотных характеристик более удобен для анализа конкретных причин, способов коррекции и определения результирующих искажений трак­та по частным параметрам его участков. Недостаток этого метода трудность интерпретации (отождествления) влияния величин и харак­тера линейных искажений на проявление их в изображении. Достоинство ПХ- четкая качественная связь искажений изображения с искаже­ниями формы ТВ сигнала. Поэтому эти методы удачно дополняют друг друга, что и определяет целесообразность их сопоставления.

На рис. 1.1 приведены типичные случаи искажений АЧХ в области высоких частот полосы пропускания тракта и качественно соответст­вующие им формы ПХ в области малых времен, соизмеримых со временем передачи одного элемента изображения. Пусть форма кри­вых  1 этих характеристик соответствует номинальным, нормирован­ным в соответствии с принятыми параметрами ТВ системы и допусти­мыми искажениями изображения: спадом АЧХ на верхней граничной частоте  fв(или сов) полосы пропускания уа{ и длительностью фронта ПХтф1, отсчитываемой от уровня  0,1  до уровня 0,9 ее установившегося значения.

Спад АЧХ уВ2 < ув, и соответствующее увеличение длительности фронта ПХ , приводит к уменьшению уровня высокочастотных составляющих сигнала, т.е. к уменьшению размахов сигнала от мел­ких деталей и увеличению длительности перепадов. Как следствие, четкость и резкость изображения уменьшаются, так как контраст самых мелких деталей становится ниже порогового, а протяженность границ деталей увеличивается.

Рисунок 1.1-Искажения АЧХ в области высоких частот полосы пропускания тракта пере­дачи ТВ сигнала (а) и его ПХ в области малых времен (б)

Перекоррекция, т.е. подъем АЧХ уа3 > yBl и соответствующее уменьшение длительности фронта ПХ приводит к некоторому повышению четкости. При этом на горизонтальной части ПХ может возникнуть затухающий колебательный процесс. В соответствии с искажениями формы ПХ искажаются и детали изображения: после резкого изменения яркости по строке на репродукции могут возник­нуть повторы контуров деталей с постепенно убывающей интенсивно­стью (ложные контуры). Если же колебательный процесс апериоди-чен, т.е. имеется только один первый выброс б, то границы детали как бы подчеркиваются. Эти искажения называются "пластика". В ряде случаев .небольшая пластика может быть даже полезна, так как за счет подчеркивания границ деталей улучшается распознаваемость объектов.

Следует еще раз отметить, что существенное повышение четкости можно получить только за счет увеличения числа строк разложения и расширения спектра ТВ сигнала больше 6 МГц (при соответствующем увеличении полосы пропускания канала связи), что практически реа­лизуется только в специальных системах телевидения высокой четко­сти (ТВЧ) при z = 1000...3000 и fв = kz2n/2 = 15...150 МГц.

Для оценки четкости по горизонтали ТВ изображения используют­ся вертикальные штриховые миры с одним — тремя штрихами оди­наковой толщины d, а также многоштриховые миры с одинаковой или с плавно меняющейся по вертикали толщиной штрихов (и подобными же промежутками между ними, см. рис.2,6).  В электронных ТИТ для этой цели используются пакеты синусоидальных колебаний с часто­тами 2,8...5,8 МГц. Около этих мир, как правило, нанесены числа условных единиц измерения четкости, соответствующие примерно от­носительной толщине штрихов A/d=200...500 ТВ линий. Для количе­ственной оценки четкости наблюдатель определяет область, где штрихи миры перестают различаться. Резкость воспроизведения вер­тикальных границ оценивается по осциллограмме длительности фронта сигнала от черно-белых прямоугольных элементов ТИТ.

Оценка четкости по вертикали с помощью горизонтальных штри­ховых мир затруднена муаром, возникающим из-за биений достаточно близких пространственных частот, которые образуются дискретными структурами ТВ растра и штрихов миры. Поэтому с помощью ТИТ оценивается только качество чересстрочной развертки по искажени­ям наклонных линий (см. рис. 2.6)При слипании (сближении) строк четного и нечетного полей растра эти

линии воспроизводятся в виде ступенчатых кривых.

2. ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКОЖЕНИЯ В ТВ КАНАЛЕ И СПОСОБЫ ИХ ОЦЕНКИ.

2.1 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ (КООРДИНАТНЫЕ) ИСКАЖЕНИЯ

Геометрические искажения ТВ изображения возникают из-за из­менения координат передаваемых элементов. Эти искажения прояв­ляются в виде нарушения геометрического подобия воспроизводимо­го ТВ изображения его оригиналу. Геометрическое подобие нарушается в основном из-за неидентичности формы растра и относи­тельных скоростей строчной или (и) кадровой разверток при анализе и синтезе изображения в фотоэлектрических преобразователях свет-сигнал и сигнал-свет.

Номинальный формат растра k=b/h=4/3 и относительные скоро­сти разверток                          v кстр(t) = const жестко заданы. Поэтому оценка величин геометрических искажений производится по отклонению от номи­нальных значений указанных параметров с помощью коэффициентов геометрических искажений.

На рис. 2.1 приведены наиболее характерные геометрические ис­кажения формы растра:

при дисторсиях бочкообразного или подушкообразного вида, воз­никающих в электронно-оптических системах фотоэлектрических преобразователей (рис.2.1 ,а,б);

при трапецеидальных искажениях, возникающих из-за нарушения ортогональности оптической или электрической оси к плоскости изо­бражения (рис.2.1,в);

при искажениях типа "параллелограмм", возникающих из-за нарушения ортогональности отклоняющих полей строчной или кадровой развертки (рис.2.1,г);

Рисунок 2.1-Геометрические искажения изображения «шахматное поле», возникающее из-за искажений формы растра.

при несоответствии формата кадра на передаче и приеме (b/h)=(bп/hп) из-за нарушения соотношения размеров растра по вер­тикали или по горизонтали, т.е. величин отклоняющих полей кадровой или строчной развертки (рис. 2.1д,е). Оценка величин искажений здесь нецелесообразна, так как искажения этого вида легко коррек­тируются с помощью оперативных регулировок размеров изображе­ния по вертикали и горизонтали;

при воздействии на отклоняющие поля низкочастотных периоди­ческих помех (рис.2.1,ж).

Геометрические искажения возникают также из-за неидентично­сти относительных скоростей движения лучей передающей и прием­ной трубок по вертикали или (и) горизонтали. Практически это чаще всего происходит при нарушении на одной из сторон условия постоян­ства скоростей движения луча по вертикали или (и) горизонтали           vKCTf(t) = var, т.е. из-за нелинейности токов кадровой или (и) строчной развертки. В этом случае геометрические искажения в вертикальном и горизонтальном направлениях соответственно изображены на (рис. 2.2, а,б)

Нелинейность развертки до 5 % в любом направлении практически незаметна для зрительного анализатора человека; при нелинейности 8... 12 % изображение воспринимается как хорошее.

Рисунок 2.2-Геометрические искажения изображения, возникающие из-за нелинейности сигналов кадровой(а) и строчной(б) разверток приемника ( при линейных развертках на ТЦ).

Измерение величин геометрических искажений изображений про­изводится по квадратным или прямоугольным испытательным эле­ментам, входящим в состав специализированных (например, "шах­матное поле", см. рис.2,1) или универсальных испытательных таблиц. Визуальную оценку искажений и их коррекцию удобнее проводить по испытательным элементам в виде окружностей, так как искажения формы этих испытательных элементов более заметны: оценка произ­водится дифференциально по сравнительно большой площади табли­цы и нарушение любой части окружности в любом участке поля изо­бражения четко отмечается зрительной системой.

2.2. ПОЛУТОНОВЫЕ (ГРАДАЦИОННЫЕ) ИСКАЖЕНИЯ.

Полутоновые искажения ТВ изображения возникают, из-за уменьшения динамического диапазона измене­ния яркости оригинала — контраста k0  изменения условий наблюдения изображения (паразитных засветок, размеров изображе­ния и его деталей и т.д.) и, как следствие, из-за увеличения величины порогового контраста (L/Lф)пор.

В результате число полутонов (число пороговых градаций ярко­сти) Аю в ТВ изображении уменьшается по сравнению с числом полу­тонов при непосредственном наблюдении объектов А0. В связи с этим ухудшается и опознавание объектов.

Для улучшения распознаваемости деталей при Аиз = const (km =const) приходится перераспределять число градаций по динамиче­скому диапазону изменения яркости репродукции — увеличивать число полутонов в сюжетно важном участке диапазона в области белого, т.е. для хорошо(и специально)освещенных деталей изображения (за счет ухудшения распознаваемости объектов — уменьшения числа градаций в области черного). Подобная операция производится с по­мощью гамма-корректора. Она сводится к тому, что форма характеристики передачи уровней яркости ТВ системы изменяется гам­ма-корректором так, чтобы она соответствовала параболической функ­ции с показателем степени, равным yc= 1,2 ...1,3 .

Страницы: 1, 2