Параметри телевізійної системи

Телевізійна система призначена для передавання інформації щодо об'єкту із збереженням максимуму правдоподібності. Проте, для одночасного передавання всієї інформації про зображення по каналу зв'язку потрібний значний ресурс, і, крім того, із-за особливостей зору не вся передавана інформація про зображення буде сприйнята оком. Тому в телевізійній системі необхідно враховувати всі особливості " приймача" такої інформації ‑ ока.

При передаванні зображення враховують такі основні властивості людського зору, як обмежена роздільна здатність ока і інерційність людського зору. Причому першу властивість використовують при перетворенні зображення об'єкту в електричний сигнал, а друге ‑ при його передаванні. Для кожного з етапів обробляння такого сигналу (формування і передавання) визначений набір параметрів, що характеризують ті або інші властивості передаваного телевізійного зображення.

Кількість рядків. Формат кадру. При перетворенні оптичного зображення в електричний сигнал його представляють у вигляді окремих елементів зображення, розміри яких вибрані виходячи з роздільної здатності ока.

Роздільна здатність зорового аналізатора ‑ це характеристика, що визначає здатність розрізняти мінімальну відстань між двома сусідніми об'єктами спостереження. Роздільна здатність ока характеризується найменшою кутовою відстанню між двома точками, що світяться, при якій спостерігач бачить ці точки окремо. Така мінімальна відстань змінюється в значних межах при зміні яскравості спостережуваних точок. Мінімальний інтервал між двома об'єктами, за якого вони розрізняються як окремі, визначається кутовими розмірами однієї колби зорового аналізатора ‑ приблизно 30".

Сукупність елементів зображення, що розташовані в одному ряду, утворюють телевізійний рядок. В той час як сукупність рядків утворює телевізійний кадр.

В середньому для ока величина роздільної здатності визначається розміром однієї окремої колби, що має розмір приблизно 0, 005 мм, кутовий розмір її в просторі об'єктів відповідає приблизно = 1'.

Крім того, гострота зору зменшується по мірі віддалення від центру оболонки ока на кутову відстань ° (рис. 1.1). Хоча поле зору ока дуже велике (приблизно 120...130°), основна зорова інформація, що ясно сприймається оком, зосереджена в просторовому куті ясного зору .

Рисунок 1.2 ‑ До визначення кількості рядків розкладання зображення

Виходячи з величини формату кадру вибирається відповідна кількість рядків і елементів зображення в рядку. Кількість елементів зображення в рядку підбирається так, щоб з урахуванням такої властивості людського зору, як обмежена роздільна здатність ока, зображення в межах рядка було злитним, і не було видно окремих елементів зображення.

Кількість кадрів, що передаються в одну секунду. Частота мигтінь. Відповідно до досліджень фізіологів, зоровий аналізатор людини оцінює змінення яскравості спостережуваного об'єкту за допомогою зміни частоти електричних імпульсів, що посилаються зоровим нервом оком у відповідні відділи кори головного мозку. Амплітуда імпульсів складає приблизно 20 мВ за тривалості імпульсу 1 мс. Низькі значення яскравості відповідають низьким частотам імпульсів. При підвищенні яскравості частота імпульсів зростає і досягає 120 імп/с при високих значеннях яскравості. Важливо відмітити, що в комп'ютерних технологіях рекомендована оптимальна частота зміни кадрів 120 Гц, як найбільш комфортна з точки зору мінімальної стомлюваності спостерігача.

З вищесказаного зрозуміло, що зорове сприйняття дискретно в часі. Одиночний світловий імпульс тривалістю t₀ може бути виявлений тільки за умови, що час його дії на око є кінцевим, тобто (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 – Візуальне сприйняття яскравості

Мінімальний час накопичення має граничне значення , що називають критичною тривалістю. Різні дослідження дають великі розбіжності в значеннях , що пояснюється різними умовами проведення досліджень: міняється в межах від сотих (при великій яскравості) до десятих (при малій яскравості) часток секунди.

Після припинення дії світлового потоку, збуджуючого сітківку (рис. 1.3), око як би продовжує " пам'ятати" джерело з яскравістю, що спадає в часі
за експоненціальним законом:

де ‑ значення візуальної яскравості під час t, що пройшло після припинення збудження; ‑ яскравість збудження; = 0, 05...0, 1 с ‑ постійна часу, що характеризує інерцію зору і відлічувана від моменту припинення реального існування збуджуючого імпульсу до моменту, в який яскравість зменшується в е разів.

Іншими словами у момент дії світлового імпульсу збудження розвивається по кривій до певного рівня, а під час зникнення світла затухає по низхідній кривій. Очевидно, що помітність мигтінь залежить від різниці максимального в період освітлення і мінімального в період затемнення збудження. При цьому важлива не абсолютна величина цієї різниці, а її відносна величина порівняно з максимальним рівнем збудження в період освітлення. В зв'язку з цим важливим чинником є " критична частота злиття мигтінь", тобто така частота мигтінь зображення на екрані, за якої забезпечується передавання об'єкту спостереження за відсутності помітності мигтінь. Таким чином, можливо зробити висновки, що людський зір має деяку інерційність.

Параметр визначає критичну частоту мигтінь f _кр, що є найменшою частотою повторення імпульсів, при якій спостерігач перестає помічати зміну світлового потоку і сприймає його як безперервне випромінювання.

Дискретне в часі відтворення зображень окремих миттєвих положень (фаз) рухомих предметів сприймається як злитий рух, якщо число фаз (кадрів) в одиницю часу більше або дорівнює деякому числу n _ф і якщо зміщення предмета в сусідніх фазах незначне, тобто якщо відносна швидкість руху предмета в кадрі невелика.

У зоровому аналізаторі інформація про зміну яскравості кодується зміною частоти електричних імпульсів, що поступають в кору головного мозку. При збільшенні яскравості частота імпульсів збільшується і досягає 120 Гц при максимальній яскравості. Ця обставина, а також залежність критичної частоти злиття мигтінь від величини поля зору дозволяють сформулювати вимоги до вибору оптимальної частоти зміни кадрів. З багаторічного досвіду кіно встановлено, що для сприйняття плавного руху об'єкту у більшості випадків досить передавати близько 20 окремих фаз руху в одну секунду. Для зйомки і відтворення зображень в сучасних кіносистемах вибрана частота зміни кадрів 24 нерухомі кадри за секунду. Проте зі збільшенням яскравості зображення частота мигтінь екрану ставала значно менше критичною. Для того, щоб при цьому не було видно зміни кадрів, частоту мигтінь збільшують до 48 Гц, що для кінозображень в більшості випадків є достатнім.

Аналогічно й в телебаченні, коли за послідовного передавання рядків кількість кадрів n, що передаються за секунду, було прийняте рівним 50.