close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Smirnov 01F12101E3

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
Санкт-Петербург
2015
Составитель – кандидат технических наук, доцент В. М. Смирнов
Рецензент – доктор технических наук, профессор П. Н. Петров
Методические указания соответствуют материалу, читаемому студентам по специальности «Радиотехника», и посвящены вопросам,
связанным с курсом лекций «Системы отображения информации».
Выполнение работ 1–4 связано с изучением вопросов «Инженерной психологии». В результате выполнения работ студенты исследуют характеристики зрительного анализатора человека оператора
и процессы зрительного восприятия. Работы 5–7 знакомят с методами измерения параметров сигнала и принципами формирования
изображения устройств отображения растрового типа. В процессе
выполнения работ студенты приобретают навыки использования специализированной измерительной аппаратуры, знакомятся с видом и
характером формируемых сигналов, проводят соответствующие исследования. Часть работ выполняется с применением моделирования
на ЭВМ.
Указания предназначены для студентов специальностей «Радиотехника», «Оптотехника», «Техническая эксплуатация транспортного
радиооборудования», «Эксплуатация воздушных судов и организация
воздушного сообщения», «Радиоэлектронные системы и комплексы»
дневного обучения, бакалавров, специалистов и магистров, а также
студентов вечернего и заочного обучения.
Публикуется в авторской редакции.
Компьютерная верстка М. И. Дударева
Подписано к печати 04.12.15.Формат 60 × 84 1/16.
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 3,8. Тираж 100 экз. Заказ № 498.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2015
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Цель работы: изучение метода измерения амплитудно-частотной характеристики зрительной системы человека в надпороговых
условиях наблюдения.
Методические указания
Пространственная разрешающая способность зрительной системы определяется плотностью расположения фоторецепторов сетчатки, а она в высшей степени неравномерна. В центральной части
сетчатки глаза, называемой центральной ямкой, фоторецепторы
расположены наиболее плотно, образуя мозаику, напоминающую
пчелиные соты. В этой области сетчатки расположены в основном
колбочки, максимум спектральной чувствительности которых
приходится на область красных, зеленых или синих излучений.
Поперечный размер этих колбочек составляет 0,6 угловых минуты. Малые размеры рецептивных полей, зоны возбуждения которых представлены одной колбочкой, при малых размерах колбочек
и их плотной упаковке обеспечивают высокое пространственное
разрешение в этой области сетчатки. По мере удаления от центра
сетчатки размеры рецептивных полей возрастают за счет того, что
их зона возбуждения представляется уже не одной, а несколькими
колбочками, что влечет за собой уменьшение пространственного
разрешения. При еще большем удалении от центра сетчатка становится смешанной, состоящей из колбочек и палочек, образующих
большие рецептивные поля. Периферия сетчатки представлена исключительно палочками, рецептивные поля которых состоят из
нескольких десятков и даже сотен палочек.
Обычно разрешающую способность зрительной системы определяют в терминах остроты зрения. Под остротой зрения понимают
отношение расстояния, с которого наблюдатель различает деталь
3
объекта, например, разрыв в кольце Ландольта, к расстоянию,
с которого эта деталь видна под углом в одну угловую минуту.
Традиционно используемая в офтальмологии в качестве меры
разрешающей способности зрительной системы острота зрения
является достаточно грубой оценкой. Для более точной характеристики способности зрительной системы различать мелкие объекты
применяют амплитудно-частотную характеристику. Для ее измерения применяют тестовые изображения в виде решеток, яркость
в которых изменяется по синусоидальному закону
L=
L0 + L1 sin ωñ x,
где L0 и L1 – средняя яркость и амплитуда изменения яркости в решетке соответственно, ωc –круговая пространственная частота решетки, а x – координата измеряемая в направлении перпендикулярном полосам решетки. Амплитудно-частотная характеристика
зрительной системы показывает, как изменяется оцениваемый
наблюдателем контраст синусоидальной решетки в надпороговых условиях наблюдения в зависимости от ее пространственной
частоты. Для измерения амплитудно-частотной характеристики
зрительной системы применяют метод согласования контраста тестовой решетки с контрастом эталонной решетки. Характерными
особенностями амплитудно-частотной характеристики зрительной
системы являются: наличие максимума в области средних пространственных частот, небольшой спад в области низких пространственных частот, обусловленный взаимодействием биполярных,
амакриловых и ганглиозных клеток, вызывающим латеральное
торможение, и спад в области высоких пространственных частот,
вызванный конечными размерами колбочек и несовершенством
оптики глаза. Наличие спада в области низких пространственных
частот приводит к небольшому подчеркиванию границ на изображении. Этот эффект в случае рассматривания градационного клина называется полосками Маха. При переходе к другим областям
сетчатки обнаруживается сильный спад амплитудно-частотной характеристики в области верхних пространственных частот, причем
тем больший, чем дальше от центра проецируется изображение
тестовой решетки.
Знание амплитудно-частотной характеристики необходимо для
того, чтобы иметь возможность оценивать заметность искажений на
изображениях, обусловленных как помехами, так и искажениями
электрического сигнала изображения при его передаче или консервации. Этой характеристикой в конечном итоге определяется число
4
строк, на которое необходимо разлагать изображение при его вводе
в компьютер или при передаче по каналу связи в телевидении.
Порядок выполнения работы
Лабораторная работа начинается с прохождения коллоквиума.
После успешного прохождения коллоквиума можно приступать
к выполнению работы.
1. Запустить программу.
2. В появившемся рабочем окне программы нажать кнопку
с надписью «Начало работы».
3. Путем перемещения ползунка с надписью «Калибровка» при
одновременном наблюдении градационного клина на экране монитора добиться линейности его световой характеристики (рис. 1.1).
4. Установить яркость фона. Для этого необходимо в пункте меню «Сервис» выбрать пункт «Яркость фона», а затем в появляющемся диалоговом окне установить среднюю яркость фона раной
127 уровням квантования (рис. 1.2);
5. Сгенерировать тестовые изображения в виде решеток с синусоидальным распределением яркости. Для этого необходимо в пункте меню «Сервис» выбрать пункт «Изготовление решеток», а затем в появляющемся диалоговом окне установить (рис. 1.3):
а) Среднюю яркость решетки раной 127 уровням квантования;
Рис. 1.1
Рис. 1.2
5
б) Контраст стандартной (эталонной) решетки установить Кэ = 1,1;
в) Шаг контраста тестовой решетки 0,01, после чего нажать
кнопку с надписью «OK».
6. При выполнении измерений расстояние наблюдения следует выбрать таким образом (и поддерживать в течение всего времени измерений) чтобы минимальное значение f, вычисленное по формуле 1.1,
составляло бы 2 пер/град, а максимальное 16 пер/град.
7. Произвести измерения амплитудно-частотной характеристики зрительной системы. Для этого необходимо, установить значение числа периодов N в тестовой решетке равное «1» путем выбора
соответствующей радиокнопки. Изменяя контраст тестовой решетки путем нажатия кнопок с надписями «Больше», «Меньше»,
уравнять ее видимый контраст с контрастом эталонной решетки,
расположенной на экране ниже (рис. 1.4). По достижении одинаковости видимых контрастов тестовой и эталонной решеток следует
нажать кнопку с надписью «Прочитать результат». На появившейся панели прочитать значения истинных контрастов обеих решеток тестовой КТ и эталонной КЭ соответственно. В табл. 1.1 записать полученное значение контраста тестовой решетки. Провести
аналогичные измерения для различных чисел N периода тестовой
решетки. Результаты занести в табл. 1.1. По полученным данным
K
вычислить относительное значение контраста K = Ý и занести
KÒ
это значение в табл. 1.1.
8. По данным таблицы произвести расчет амплитудно-частотной характеристики К(f) зрительной системы следующим образом
K
K (f ) =
,
Kìàêñ
Рис. 1.3
6
Рис. 1.4
Таблица 1.1
N
1
2
3
4
5
6
7
8
KТ
К
Таблица 1.2
f , период/град
K(f )
где Кмакс – максимальное значение относительного контраста К,
взятое из таблицы 1.1, f – пространственная частота, выраженная
в числе периодов на градус. Значения пространственной частоты f
рассчитываются по формуле
2πNl
f=
360x (1.1)
где x – ширина решетки, которую необходимо измерить на экране
монитора, l – расстояние, с которого ведется наблюдение, N – число
периодов в решетке. Расчетные данные свести в табл. 1.2
По данным таблицы 2 построить график зависимости относительного контраста от пространственной частоты решетки.
Содержание отчета
В отчете должны быть приведены:
– цель работы,
– описание эксперимента,
– таблицы и график, АЧХ
– анализ полученных результатов.
Контрольные вопросы
1. Какой вид имеет амплитудно-частотная характеристика
(АЧХ) зрительной системы?
2. Чем обусловлен спад АЧХ зрительной системы в области нижних пространственных частот?
3. Чем обусловлен спад АЧХ зрительной системы в области
верхних пространственных частот?
7
4. Какими основными процессами обусловлена адаптация зрительной системы к изменению освещенности наблюдаемой сцены?
5. Назовите психофизические законы, описывающие пространственную суммацию в зрительной системе?
Рекомендуемая литература
1. Красильников Н. Н. Цифровая обработка изображений. М.:
Вузов. книга, 2001. 319 с.
2. Красильников Н. Н. Теория передачи и восприятия изображений. М.: Радио и связь, 1987. 247 с.
8
Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ХРАКТЕРИСТИК ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА ПРИ ВОСПРИЯТИИ ЦВЕТА
Цель работы: исследование индивидуальных характеристик зрительной системы человека: порогов цветоощущения, порогов цветоразличения, сравнительной цветовой чувствительности, относительной цветовой чувствительности, критической амплитуды слияний
мельканий, свето-цветовой контрастной чувствительности.
Методические указания
Цветовое зрение относится к одному из фундаментальных явлений, с помощью которого мы опознаем предметы, находящиеся
вокруг нас. Феномен цвета очень непрост: в нем содержится как
объективное начало (свет), так и субъективное (зрительное восприятие). Современная наука о цвете занимается как изучением
физической природы цвета, так и исследованием физиологических механизмов функционирования зрительной системы, а также
психологическим воздействием цвета на человека. Так как учение
о цвете носит междисциплинарный характер, в нем удобно выделить шесть разделов, соответствующих шести аспектам (уровням)
проблематики цветового зрения.
1. Физика цвета. Рассматривается энергетическая природа цвета, главным образом распределения световых потоков по спектрам
испускания и отражения, а также аппаратурные методы получения излучений заданного спектрального состава.
2. Психофизика цвета. Изучает воздействие световых излучений
на зрительные анализаторы, соотношение между физическими характеристиками излучения и цветовыми ощущениями, законы смешения и уравнивания цветов, методологию цветовых измерений.
3. Физиология цвета. Исследует механизмы приема, кодирования и передачи цветовых сигналов в зрительной системе, воздействие цвета на функциональное состояние анализаторных и других
подсистем организма.
4. Психология цвета. Занимается проблемой цветового восприятия,
воздействия цвета на эмоционально-психическую сферу человека, применения цвета как средства психодиагностики и психотерапии.
5. Эстетика цвета. Изучает эстетическое воздействие цвета и
проблему цветовой гармонии.
6. Цветосемиотика. Рассматривает цвет в контексте культурносмысловых значений, национальной и религиозной символики.
9
Все выделенные аспекты нерасторжимо связаны друг с другом,
при этом каждый последующий уровень использует предыдущий
в качестве фундамента своих теоретических построений, обогащая
его, в свою очередь, новыми феноменологическими наблюдениями,
требующими описания и объяснения.
Как уже отмечалось, цветовое восприятие можно рассматривать на уровне психофизическом, психофизиологическом и
психологическом. История развития науки о цвете дает множество примеров систем цветоразличия, соответствующих разным
уровням восприятия цвета. На уровне психофизики – это трехкомпонентная теория, впервые выдвинутая М. В. Ломоносовым,
дополненная исследованиями Юнга и Гельмгольца и созданная
на ее основе колориметрическая система МКО. Цветовой график
(рис. 2.1) и цветовое тело МКО (и их модификации) представляют собой образец цветовой классификации, предназначаемой для
сугубо утилитарных целей – нормализации и стандартизации
цветовых измерений, определении цветовых различий в окраске
промышленных изделий и т.п. В настоящее время система цветовых координат Х, Y, Z МКО принята в качестве идентификатора
при сравнении цветовых образцов в атласах различных цветовых
систем. Недостатком системы МКО (для задач психологических
исследований) является неравномерность (неравноконтрастность)
цветового пространства, слабовыраженная связь цветовых координат Х, Y, Z с психологическими ощущениями тона, светлоты и
насыщенности цвета.
Рис. 2.1
10
Процесс цветоразличения, по данным современной нейрофизиологии, состоит из трех стадий. На первой стадии происходит вычленение из светового потока сложного спектрального состава трех
составляющих – красной, синей и зеленой – тремя типами колбочек сетчатки глаза. На второй – перекодирование сетчаточных потенциалов в разностные сигналы трех нейронных каналов: оппонентных красно-зеленого, сине-желтого и суммирующего яркостного. На третьей стадии происходит детектирование разностных
сигналов селективными нейронами зрительной коры и генезис собственно ощущений тона, светлоты и насыщенности. Естественно,
что для оценки и выбора цветов наблюдателю удобнее обращаться
к цветовой модели, соответствующей последней стадии цветовосприятия. Эти особенности зрения учтены в системе экранных цветов ТСН (тон, светлота, насыщенность). Цветовое тело ТСН имеет
форму в виде двойного конуса (рис. 2.2). Двойной конус построен
на трех координатных осях: красно-зеленой RG и сине-желтой YB,
образующих плоскость главного цветового круга, в которой изменяются насыщенность и цветовой тон, и перпендикулярной к ним
Белый
Чистый
тон Y
Чистый
тон G
О
Чистый
тон R
Отражательная
способность
(светлота или
«черно – белая» ось)
Чистый
тон B
Черный
Рис. 2.2
11
оси светлот S. Главный цветовой круг, лежащий в основании конуса,
составляют цвета максимальной насыщенности. Образующими верхнего конуса служат линии «разбела» цветов путем добавления третьей
компоненты, образующими нижнего конуса – линии «зачернения»
(пропорционального снижения яркости компонент). Внутри тела лежат цвета промежуточной насыщенности, имеющие все три компоненты, отличные от нуля. На оси OS располагаются оттенки серого, то
есть цвета с равными по величине уровнями сигналов RGB. В точках
пересечения главного цветового круга с осями RG и YB располагаются
главные цвета системы – красный, зеленый, синий и желтый.
Структура и состав автоматизированной системы “ЦВЕТОТЕСТ”
Являясь сложным программным комплексом, система “ЦВЕТОТЕСТ” имеет группу модулей: управляющий модуль, выполняющие модули.
Управляющий модуль представляет собой диалоговую программу – администратор, которая обеспечивает информационный обмен
с базой данных и производит загрузку выполняющих модулей.
В группу выполняющих модулей входят программы: настройки
дисплея, тестовых методик, интерпретации результатов тестирования, генерации графического представления базы данных. Уровень
базы данных представляют дисковые файлы: картотека пациентов,
планы проведения тестов, библиотека тестовых рядов, первичные
результаты методик.
Управляющий модуль
Пользовательский интерфейс программы-администратора выполнен в виде многооконных динамических меню (рис. 2.3). Все
Рис. 2.3
12
меню соподчинены по иерархическому принципу: от глобального,
предлагающего основные режимы работы системы, до конечных
меню, содержащих набор элементарных функций.
Содержание основных режимов.
1. Режим «Настройка». Функции: загрузка модуля настройки
экрана.
2. Режим «Пациент». Функции: ввод, редактирование, просмотр и запись данных пациента. В этом режиме открывается картотека пациентов, просматриваются и редактируются существующие или заносятся новые сведения об испытуемом (код, фамилия,
дата рождения, профессия, стаж и т.п.).
3. Режим «Методики”. Функции: выбор и проведение тестовых
методик, запись результатов в общий файл первичных результатов.
Пользователь выбирает один из двух типовых планов тестирования
(выборочный, полный) либо определяет состав и последовательность отработки методик самостоятельно. В работе используются
следующие методики исследования зрительных функций (рис. 2.3):
абсолютные пороги цветоощущения; дифференциальные пороги
цветоощущения; дифференциальные пороги свето –и цветоразличения; амплитуда слияния световых и цветовых мельканий; свето-цветовая контрастная чувствительность зрения.
4. Режим «Результаты». Функции: вывод результатов тестирования на экран, печать на принтере, перезапись в новый файл.
В этом режиме пользователь формирует выборку пациентов и методик для представления на экране, распечатки на принтере или
перезаписи результатов тестирования в новый файл.
5. Режим «Выход». Функции: закрытие текущих библиотек,
очистка ОЗУ, выход в DOS.
Выполняющие модули
Модуль настройки экрана предназначен для установки (в диалоговом режиме) нормированных уровней яркости и контрастности
экрана, а также автоматизированной проверки баланса белого. Эти
операции необходимы для стандартизации условий тестирования
как главного фактора обеспечения требуемой точности и надежности измерительных процедур.
Модули тестовых методик (рис. 2.3) представляют собой автономные диалоговые программы, выполняющие функции представления стимульных кадров, формирования запросов пользователю,
а также фиксации и обработки его ответов.
Модуль графического представления данных формирует семейство круговых диаграмм для представления результатов методик
13
Регулировками «ЯРКОСТЬ» и «КОНТРАСТ» сделайте шкалу
визуально равноконтрастной
Рис. 2.4
и обобщенной оценки.Эргономические требования по процедурам
тестирования:
– расстояние от лица испытуемого до дисплея должно быть не
менее 70 см.
– в помещении желательно иметь рассеянное освещение лампами
дневного света или естественное, но без прямых солнечных лучей.
– освещенность рабочего места должна быть в пределах 200–300
лк. На экран не должны падать блики.
– перед началом тестирования монитор должен быть настроен.
Настройка производится с помощью специальных кадров-заставок
(рис.2.4), по которым, с помощью фотометра, выставляют амплитуду и контрастность серой шкалы, а также определяют сохранность
баланса белого. В случае снижения яркостных характеристик или
разбалансировки монитора сверхдопустимых значений его необходимо отрегулировать либо заменить.
Порядок выполнения работы
1. Пороги цветоощущения
Цель исследования: оценить абсолютную чувствительность зрительной системы к цветовым сигналам низкой насыщенности по
характерным «индикаторным» направлениям цветового круга.
Стимульный материал. На экране дисплея, на светло-желтом
адаптирующем фоне выводится горизонтальная полоса средне-се14
рого, эталонного цвета (рис. 2.5). В центре полосы выводится квадрат, окрашенный в тестовый цвет.
Задача испытуемому: сравнивая цвет квадрата с цветом полосы,
оценить их сходство или различие. Если они совпадают, то нажать
клавишу «←», если различаются – то клавишу «→».
Алгоритм предъявления. Тестовые цвета представляют ряд изменений насыщенности при постоянных цветовом тоне и светлоте
(вдоль радиусов главного цветового круга). Выборка из ряда производится методом последовательного разбиения смежных интервалов (алгоритм двоичного поиска границы различения). После
ориентировочной оценки границы производится трехкратная проверка в близлежащей зоне шкалы насыщенностей. Полученные
значения усредняются, и методом наименьших квадратов рассчитывается «истинный» порог цветоощущения, соответствующий
50% вероятности обнаружения цветового различия.Результаты тестирования выводятся на экран в графической (круговая диаграмма для каждого глаза на рис. 2.6) и табличной форме.
Следует записать результат в табличной форме.
2. Пороги цветоразличения
Цель методики: оценить дифференциальную чувствительность
зрительной системы по цветовому тону при восприятии цветовых
Рис. 2.5
15
Рис. 2.6
сигналов высокой насыщенности в характерных, осевых тонах цветового круга при постоянной яркости (светлоте).
Эта методика во многом схожа с методикой 1.
Основные отличия:
– эталонная полоса окрашивается в один из «индикаторных»
цветов (кроме пурпурного);
– ряды тестовых цветов построены на изменении тона при постоянстве светлоты и насыщенности (по периметру главного цветового
круга);
– для каждого «индикаторного» цвета рассчитываются два порога цветоразличения: положительный – в направлении возрастания тона, по часовой стрелке, и отрицательной – в противоположном направлении.
Результаты тестирования выводятся на экран в графической
(круговая диаграмма для каждого глаза) и табличной форме.
Следует записать результат в табличной форме.
3. Сравнительная цветовая чувствительность
Цель методики: оценить уровень сохранности чувствительности красного, зеленого и синего механизмов сетчатки относительно
друг друга.
Стимульный материал и организация диалога.
Тестирование производится в три этапа:
Этап 1. Оценка соотношения чувствительности R –и G – механизмов.
На экране со средне-серой адаптирующей подсветкой фона выводится горизонтальная шкала (рис. 2.7), состоящая из цветовых
элементов, представляющих цветовой ряд от зеленого к красному
через желтый (по примеру главного цветового круга).
16
Рис. 2.7
Испытуемому ставится задача, перемещая вдоль шкалы маркер-стрелку, указать на чистый желтый цвет, без примеси зеленого
или оранжевого (двигается шкала, крайнее положение маркера не
означает конец шкалы ).
Этап 2. Оценка соотношения чувствительного R –и G – механизмов с B-механизмом.
На экран выводится вертикальная шкала цветовых элементов,
представляющая цветовой переход от желтого к синему через белый (по линии параллельной YB цветового круга).
Испытуемый, перемещая маркер, должен указать на чисто белый цвет, не имеющий ни желтого, ни синего оттенков.
Этап 3. Уточнение соотношения чувствительности R –и G – механизмов.
На экран выводится горизонтальная шкала, представляющая
цветовые переходы от белого к красному и зеленому (по линии, параллельной оси RG).
Испытуемый, перемещая по шкале маркер, должен уточнить
местоположение чисто белого цвета.
По данным тестирования рассчитываются нормированные коэффициенты чувствительности RGB-механизмов сетчатки. Результаты оформляются в виде круговых диаграмм и таблицы.
4. Критическая амплитуда слияния мельканий
Цель методики: оценить временную контрастную и амплитудную чувствительность светового и цветового зрения по моменту
возникновения слияния мелькающих цветовых стимулов.
Стимульный материал и организация диалога.
На светло-сером фоне в центре экрана выводится круг, окрашенный эталонным цветом. Его окружает равновеликое ему по
площади кольцо, окрашенное тестовым цветом (рис. 2.8). В качестве эталонного используется один из четырех осевых цветов. Тестовые цвета берутся из «серого» ряда, образуемого из эталонного
путем пошагового уменьшения его насыщенности вплоть до серого.
17
Рис. 2.8
При запуске теста круг и кольцо с частотой 15 Гц начинают «обмениваться» окраской. В начальной фазе кольцо окрашено в серый цвет,
амплитуда колебаний насыщенности велика, цветоразличительная система успевает адаптироваться к верхнему и нижнему уровням стимула. При увеличении насыщенности, начиная с некоторой
«критической» разности амплитуд Акр из-за эффекта «демпфирования» (визуального сглаживания различий зрительной системой)
мелькания перестают различаться. Два паттерна (круг и кольцо)
сливаются в один. Величина Акр зависит от двух факторов:
Aêð = f ( A,k ),
где А – воспринимаемая насыщенность эталонного цвета, зависит
от уровня цветовой чувствительности; k – временная константа
скорости затухания кривой адаптации; как один из показателей
стабильности нервной системы, очень чувствителена к изменению
общего психофизиологического состояния человека.
Задача испытуемому: управляя клавишами курсора, изменять
насыщенность тестового цвета до момента слияния кольца и круга.
Критическая амплитуда замеряется дважды: при подходе «снизу»
(при повышении насыщенности от нулевой) и «сверху» (уменьшая
насыщенность от эталонной). Данные усредняются, процедура повторяется пять раз (для четырех «индикаторных» цветов и шкалы
яркости белого – для оценки светлотного зрения).
Результаты выводятся на экран в виде круговых диаграмм и таблицы.
Следует записать результат в табличной форме.
5. Свето-цветовая контрастная чувствительность
Цель методики: оценка остроты зрения и возможных патологий
в зрительной системе путем измерения порога идентификации контурных фигур с решетчатой цветовой фактурой.
18
Рис. 2.9
Стимульный материал. На светло-сером фоне формируется синусоидальная решетка. В центре экрана выделяется особая тест-зона
со сдвигом решетки по фазе. Конфигурация зоны может иметь одну
из четырех направленностей: вправо-влево, вверх-вниз (рис.2.9).
Амплитуда контраста решетки с фоном регулируется клавишами
курсора.В начальном положении амплитуда равна нулю (изображение совпадает с фоном).
В данном тесте испытуемого сажают на расстоянии 5 метров от
экрана (на 2,5 м через зеркало). Клавиатурой, при отсутствии удлинительного кабеля, может управлять экспериментатор.
Задача испытуемому: увеличивая амплитуду решетки, определить момент, когда «проявится» контур фигуры, и указать ее направленность. Фиксируется пороговое значение амплитуды и правильность ответов испытуемого. Процедура повторяется трижды,
при этом ориентация тестовой фигуры меняется в псевдослучайном порядке. Результаты усредняются.
Замеры производятся на двух пространственных частотах: высокой (20 циклов/град) и средней (2 цикла/град). По величине порога на высокой частоте оценивается острота зрения.
Тестирование проводится на серой и четырех цветовых решетках. Серая решетка формируется по шкале градаций серого, цветовые по рядам насыщенности четырех индикаторных цветов.
Общие результаты тестирования выводятся в виде круговых
диаграмм.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Результаты исследования по каждой из методик.
3. Выводы по каждой из методик.
19
Контрольные вопросы
1. Трехкомпонентная теория цветового зрения.
2. Соотношение между физическими характеристиками излучения и цветовыми ощущениями.
3. Что определяют дифференциальные пороги цветовой чувствительности?
4. Что такое критическая амплитуда слияния мельканий?
Рекомендуемая литература
1. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике / пер. с англ:,
под ред. Л. Ф. Артюшина. М.: Мир, 1978. 592 с.
2. Пэдхем Ч., Сондерс Дж. Восприятие света и цвета / пер с англ.
Р. Л. Бирновой. М.: Мир, 1978. 256 с.
20
Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНЕРЦИОННОСТИ
ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Цель работы: определение критической частоты мельканий для
точечных и размерных объектов, исследование зависимости критической частоты от размеров и яркости мелькающего объекта, изучение закона Тальбота.
Методические указания
Зрительная система человека обладает существенной инерционностью. Примером ее проявления может служить следующий факт:
при наблюдении мелькающего объекта, начиная с некоторой частоты, глаз перестает видеть мелькания, объект кажется непрерывно
светящимся. Частота, при которой мелькания становятся незаметными, называется критической частотой мельканий (КЧМ). Величина критической частоты мельканий не является постоянной. Она
зависит от яркости и размеров объекта и растет при их увеличении.
Если для точечного объекта, размеры которого соизмеримы с разрешающей способностью зрительной системы, при небольшой яркости
критическая частота составляет 8–10 Гц, то для объекта, видимого
под углом в несколько градусов, при яркости 200-З00 кд/м2 критическая частота мельканий будет уже 40–47 Гц.
Инерционные свойства зрительной системы используются во многих оконечных устройствах (индикаторах) систем отображения информации: дисплеи ЭВМ, экраны телевизоров, табло многоразрядных светодиодных и электролюминесцентных индикаторов, индикаторные табло систем отображения коллективного пользования.
Наблюдение мелькающего экрана, табло приводит к быстрому утомлению зрительной системы, создает дискомфортные условия работы оператора. Знание критической частоты мельканий
позволяет правильно выбрать частоту сканирования дисплеев,
ТВ-экранов, экранов индикаторов при преобразовании радиолокационных изображений в телевизионные, частоту подсветки отдельных разрядов в многоразрядных индикаторах при известной
яркости и размерах наблюдаемых элементов отображения.
Кажущаяся (визуальная) яркость мелькающего объекта не совпадает с его истинной (мгновенной) яркостью, а связана с ней интегральной зависимостью
T
1
Lâèç = ∫ L ( t ) dt,
T
0
21
где Lвиз – визуальная яркость слитного восприятия; L(t) – яркость
импульса света; Т – интервал наблюдения. Эта зависимость получила название закона Тальбота. Закон Тальбота справедлив при
достаточно высокой частоте изменения мгновенной яркости L(t),
т. е. когда частота изменения превышает критическую частоту
мельканий.
Если источник света с малой инерционностью, например светоизлучающий диод (СИД), запитать прямоугольными импульсами со
скважностью 10, то кажущаяся наблюдателю яркость свечения будет
в 10 раз ниже его мгновенной яркости при воздействии отдельных импульсов, а СИД будет казаться непрерывно светящимся, если частота
импульсов подсвета выше критической частоты мельканий.
Описание лабораторной установки
Функциональная схема лабораторной установки приведена на
рис. 3.1.
Лабораторная установка содержит табло СИД, разделенное на
четыре части: два поля соответственно из светодиодов красного и
зеленого свечения на которые подается импульсное питание в виде
Индикатор
длительности
периода
Индикатор
длительности
импульса
Задающий
генератор
делители
Длительность
периода, мс
Точка
R
Точка
Мультивибратор
G
Усилитель
Поле
R
Поле
Длительность
импульса
мс
мА
G
Закон
Тальбота
мА
Амплитуда 1
Рис. 3.1
22
Закон
Тальбота
R
G
Амплитуда 2
+12 В
R/G
последовательности прямоугольных импульсов от задающего генератора, две пары одиночных диодов, имитирующих точечные объекты. На один из диодов подается последовательность прямоугольных
импульсов от задающего генератора, а на два другие постоянное напряжение для проверки закона Тальбота. С помощью переключателей возможно создать четыре режима работы.
Переключатель R/G выбирает цвет свечения (зависимости от
длинны волны). Два переключателя под общим названием «КЧМ».
При включенном переключателе «Точка» (кнопка в нажатом состоянии) светится только один СИД (точечный источник света).
При включенном переключателе «Поле» светится поле СИД (размерный источник света 10х10 диодов). В обоих случаях СИД запитаны импульсным напряжением с возможностью регулирования амплитуды и частоты соответственно ручки «Амплитуда 1» и
«Период». Скважность импульсов Q=2 (меандр).
При включенном переключателе «Закон Тальбота» СИD «точка» светится под воздействием импульсного напряжения, а CИD
«Закон Тальбота» запитан от постоянного источника. Этот режим
позволяют проверить закон Тальбота.
Импульсное питание для CИД создается с помощью задающего
генератора и ждущего мультивибратора. Частота генератора может
изменяться в широких пределах от 25 до 70–100 Гц, перекрывая
возможный диапазон критической частоты мельканий, как для точечного, так и для размерного объектов. Длительность импульсов
ждущего мультивибратора также может изменяться в широких
пределах ручкой «Длительность имп.», что позволяет изменять
скважность импульсов питания СИД и, соответственно, их видимую яркость. Кроме того, яркость CИД, запитанного постоянным
напряжением, может изменяться изменением амплитуды ручкой
«Амплитуда 2».
Контроль периода следования импульсов в режиме «КЧМ» осуществляется по цифровому индикатору. С достаточной для практики точностью можно считать, что яркость свечения СИД пропорциональна величине тока через него, поэтому яркость свечения устанавливается изменением амплитуды импульсов тока через диоды и
контролируется по стрелочному прибору.
В режиме «Закон Тальбота» длительность импульса контролируется по второму цифровому индикатору, а величина тока через
постоянно светящийся диод по стрелочному прибору.
Выведенные на лицевую панель контрольные точки К1 ...
К5 служат для контрольного измерения амплитуд импульсов и
23
уровней постоянного напряжения в соответствующих точках,
что позволяет определить токи через СИД с помощью осциллографа, а также измерять длительность, частоту и скважность
импульсов питания СИД.
Порядок выполнения работы
1. Исследовать зависимость критической частоты мельканий
Fкр от яркости и длины волны (цвета) для точечного объекта.
Поставить переключатель «КЧМ» в состояние «Точка» (кнопка
«Точка» нажата),
Поставить переключатель R/G в состояние «R» (кнопка R/G нажата), при этом должен светиться красный светодиод.
1.1. Установить минимальную частоту задающего генератора
(максимальный период) потенциометром «Период». Потенциометром «Амплитуда 1» установить средний ток через СИД 1 мА. Контроль величины тока ведется по миллиамперметру. Наблюдая СИД
с расстояния 1...1,5 м, увеличивать частоту генератора до тех пор,
пока свечение не будет казаться непрерывным. Занести в табл. 3.1
значение периода Т’ следования импульсов питания СИД, которое
высвечивается на индикаторе.
Установить максимальную частоту генератора (минимальный
период), наблюдая СИД с расстояния (1...1,5) м, уменьшать частоту генератора до тех пор, пока свечение не будет казаться мелькающим. Занести в табл. 3.1 значение периода Т’’ следования импульсов питания СИД, которое высвечивается на индикаторе.
Повторить измерения для трех значений тока через СИД: 2,
4, 8 мА.
1.2. Поставить переключатель R/G в состояние «G» (кнопка R/G
отжата), при этом должен светиться зеленый светодиод. Повторить
измерения по п. 1.1. Данные занести в табл. 2, аналогичную табл. 3.1.
2. Исследовать зависимость критической частоты мельканий
Fкр от яркости и длины волны (цвета) для размерного объекта.
Таблица 3.1
Ток, мА
1
2
4
8
24
Т’
период, мс
Т’’
период, мс
F’кр ,Гц
F’’кр ,Гц
Fкр. ср , Гц
Поставить переключатель «КЧМ» в состояние «Поле» (кнопка
«Поле» нажата),
Поставить переключатель R/G в состояние «R» (кнопка R/G нажата), при этом должно светиться поле красных светодиодов.
2.1. Установить минимальную частоту задающего генератора
(максимальный период) потенциометром «Период». Потенциометром «Амплитуда 1» установить средний ток через СИД 1 мА. Контроль величины тока ведется по миллиамперметру. Наблюдая поле
диодов с расстояния 1...1,5 м, увеличивать частоту генератора до
тех пор, пока свечение не будет казаться непрерывным. Занести
в табл. 3, аналогичную табл. 3.1, значение периода Т’ следования
импульсов питания СИД, которое высвечивается на индикаторе.
Установить максимальную частоту генератора (минимальный
период), наблюдая поле диодов с расстояния (1...1,5) м, уменьшать
частоту генератора до тех пор, пока свечение не будет казаться
мелькающим. Занести в табл. 3, аналогичную табл. 3.1, значение
периода Т’’ следования импульсов питания СИД, которое высвечивается на индикаторе.
Повторить измерения для трех значений тока через СИД: 2, 4, 8 мА.
2.2. Поставить переключатель R/G в состояние «G» (кнопка R/G
отжата), при этом должно светиться поле зеленых светодиодов. Повторить измерения по п. 2.1. Данные занести в табл. 4, аналогичную табл. 3.1.
В каждой таблице рассчитать F’кр и F ‘’кр для каждого значения
тока при увеличении и уменьшении частоты генератора. Рассчитать Fкр.ср как среднеарифметическое между F’кр и F’’кр :
′ + Fêð
′′
Fêð
Fêð.ñð =
.
2
На одном графике построить графическую зависимость Fкр.ср от
тока через диод (от яркости) для красного и зеленого светодиодов,
для точечного и размерного объектов.
3. Проверить справедливость закона Тальбота для различных
значений яркости светящихся объектов и цвета свечения.
Это можно сделать, как сравнение яркости двух точечных объектов, один из которых светится постоянно, а другой мелькает с частотой, превышающей критическую. Наблюдения проводить с расстояния (1... 1,5) м.
3.1. Нажать переключатель «Закон Тальбота.
3.2. Проверить справедливость закона Тальбота для различных
значений яркости.
25
Поставить переключатель R/G в состояние «G» (кнопка R/G отжата), при этом должны светиться два зеленых светодиода. Установить
ток через постоянно светящийся диод (левый) 1 мА потенциометром
«Амплитуда 2». Величина тока контролируется по миллиамперметру. Установить потенциометром «Период» частоту мелькающего
диода (правый) выше Fкр (Т=10 мс, что соответствует Fкр=100 Гц).
Потенциометром «Длительность импульса» установить такую длительность импульса, чтобы скважность импульсов Q =1,5. Изменяя
амплитуду импульсов питания мелькающего диода потенциометром
«Амплитуда 1», выровнять по визуальной оценке яркость свечения
обоих СИД. Измерить величину среднего тока мелькающего диода по
миллиамперметру. Данные занести в табл. 5, аналогичную табл. 3.2.
Последовательно устанавливая ток через постоянно светящийся
диод равным (2 ... 3) мА, провести измерение среднего тока через
мелькающий диод при равенстве визуальной яркостей. Данные занести в табл. 5.
3.2. Поставить переключатель R/G в состояние «R» (кнопка R/G
нажата), при этом должны светиться два красных светодиода.
Повторить измерения, описанные в п. 3.1.
Считая, что яркость свечения пропорциональна току через СИД и
зная период следования импульсов и скважность для мелькающего
СИД, рассчитать яркость свечения мелькающего СИД обеспечивающую одинаковую визуальную яркость с постоянно светящимся СИД,
подтвердив справедливость закона Тальбота для зеленого и красного
светодиодов. По результатам измерений построить график.
4. Проверить справедливость закона Тальбота для различных
значений скважности питающего напряжения.
4.1. Переключатель «Закон Тальбота» оставить в прежнем положении. Поставить переключатель R/G в состояние «G» (кнопка R/G
отжата), при этом должен светиться два зеленых светодиода.
Таблица 3.2
Красный диод
Ток, мА,
постоянный диод
26
Ток, мА,
мелькающий диод
Зеленый диод
Теоретическая
величина
яркости
Ток, мА,
постоянный диод
1
1
2
2
3
3
Ток, мА,
мелькающий диод
Теоретическая
величина
яркости
Установить ток через постоянно светящийся СИД потенциометром «Амплитуда 2» I= = 2 мА. Установить потенциометром
«Амплитуда 1» ток через мелькающий СИД I≈ = 10 мА. Потенциометром «Длительность импульса» подобрать такую длительность питающих импульсов, при которой яркости свечений СИД
визуально кажутся одинаковыми. Записать значение длительности импульса. Вычислить значение скважности Q.
4.2. Поставить переключатель R/G в состояние «R» (кнопка R/G
нажата), при этом должны светиться два красных светодиода.
Повторить измерения, описанные в п. 4.1.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Таблицы с результатами проведенных измерений и теоретических расчетов.
3. Графические зависимости.
4. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Природа инерционности зрительной системы ?
2. Зависимость КЧМ зрительной системы для точечных и размерных объектов от яркости?
3. Зависимость КЧМ зрительной системы от длинны волны излучения?
4. Объяснить закон Тальбота по проведенным измерениям.
Рекомендуемая литература
1. Телевидение: учеб. для вузов / В. Е. Джакония, А. А. Гоголь,
[и др.]; под ред. В. Е. Джаконии. М.: Радио и связь, 2007. 640 c.: ил.
2. Быков Р.Е. Основы телевидения и видеотехники: учеб. для
вузов. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. 399 с.
27
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ИДЕНТИФИКАЦИИ
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДАХ КОДИРОВАНИЯ
Цель работы: исследование точности идентификации при кодировании информации количеством точек и длиной линии.
Методические указания
Основное назначение средств отображения информации состоит в том, чтобы передавать информацию об объектах контроля и
управления, а также окружающей среде человеку-оператору. Множество воспроизводимых сигналов, несущих информацию о свойствах объектов (среды) и организованных в соответствии с определенными правилами называется информационной моделью.
В качестве элементов информационной модели, предназначенной для визуального восприятия, обычно используются цифры,
буквы, геометрические фигуры, условные знаки и т. д. При помощи этих элементов осуществляется кодирование информации о
тех или иных свойствах объекта. Каждый такой элемент, являясь
носителем информации, выступает для человека в роли сигнала, а
последовательность элементов образует алфавит сигнала.
Выбор способа кодирования, определение характеристик отдельных сигналов и алфавита в целом – важнейшая задача, возникающая при построении информационной модели, а, следовательно, и тех устройств, посредством которых она реализуется.
Центральное место в решении этой задачи принадлежит оценке
элементов информационной модели в отношении надежности и эффективности их обнаружения, различения, идентификации и декодирования человеком.
В лабораторной работе предлагается исследовать два метода
кодирования: метод кодирования количеством точек, который используется для кодирования числа объектов в группе, и кодирование длиной линии, которое используется для отображения векторов, траекторий движения и т.д.
Порядок выполнения работы
1. Кодирование количеством точек.
В работе предлагается определить зависимость точности оценки
(процента ошибок) от количества точек, расположенных в случайном порядке, при различном времени предъявления. Группировка
28
точек в различные схемы (например, в ряды) повышает точность
оценки их количества, Задача различения и опознания группы точек осложняется, если они предъявляются на фоне других групп,
при этом тем больше, чем больше группы сходны по структуре.
При длительных экспозициях человек может оценить и большее
количество точек, но в этом случае он должен их сосчитать. В лабораторной работе на экран монитора выводится случайное число
точек, расположенных в случайном порядке. Время предъявления
изображения составляет 0,1; 05; 1,0 с. Наблюдателю предлагается определить количество точек и зафиксировать его набором на
клавиатуре. Эксперимент состоит из 40 предъявлений для каждого временного интервала. По окончанию эксперимента выводится
таблица и график вероятности правильного обнаружения количества точек от их количества при различном времени предъявления.
Вероятность правильного обнаружения Рпр.обн. (точность оценки)
определяется как
Nïð
Pïð.îáí. =
N
где Nпр и N – соответственно количество правильных ответов и общее количество предъявлений для каждого числа точек. Данные
занести в табл. 4.1. График необходимо привести в отчете по лабораторной работе.
2. Кодирование длиной линии.
Линии могут быть использованы для отображения векторов,
траекторий движения объектов, трасс и т. д. В системах отображения информации используются четыре основных, достаточно
хорошо идентифицируемых типа линий: сплошные, пунктирные,
штриховые и штрих-пунктирные. Человек достаточно хорошо различает прямые линии по длине, если они ориентированы одинаково (расположены параллельно друг другу), при этом точность разТаблица 4.1
Вероятность правильного обнаружения
Время
предъявления,
с
Количество точек N
1
2
3
0,1
0,5
1,0
29
Таблица 4.2
Вероятность
правильного
обнаружения
n
0
1
2
личения зависит от расстояния между линиями, чем больше расстояние, тем меньше точность. При различной ориентации линий
точность их различения по длине уменьшается.
Возможности человека при идентификации прямых линий по
длине очень ограничены. Точность идентификации длины штриховых линий выше, чем сплошных. В этом случае человек может
определить отображаемую величину по числу штрихов (если каждый штрих соответствует масштабной сетке).
В лабораторной работе исследуется точность идентификации по
длине сплошных линий. На первом этапе испытуемому предлагается определить минимально определяемое различие в длине линий
Δlmin. Для этого на экран выводятся две линии и с помощью клавиш
управления курсором необходимо выровнять их длину, после чего
нажимается клавиша «ЕnteR». Сначала эксперимент проводится
при условии, что вторая линия больше эталона, затем меньше. По
окончании эксперимента определяется минимальный порог различения по длине Δlmin.
Во второй части эксперимента на экран выводятся две линии,
параллельные друг другу, но находящиеся в произвольных местах
экрана. Задача определить, равны ли линии по длине. Длины линий различаются на величину
∆
=
l lmin ⋅ n,
где Δlmin – величина минимального порога, n = 0,1,2... – произвольное число.
Данные переписать в табл. 4.2.
По результатам эксперимента построить график зависимости
вероятности ошибки (точность идентификации по длине) от величины различия линий по длине, который необходимо привести
в отчете.
Содержание отчета
1. Результаты эксперимента в виде таблиц и графических зависимостей точности оценки количества точек.
2. Величина Δlmin.
30
3. Результаты эксперимента в виде графических зависимостей
точности оценки различия линий по длине.
4. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Виды информационных моделей.
2. Способы кодирования информации и типы информационных
моделей, в которых они используются.
3. Характеристики различных способов кодирования.
Рекомендуемая литература
1. Алиев Т. М., Вигдоров Д. И., Кривошеев В. П. Системы отображения информации. М.: Высшая школа, 1988
2. Литвак И. И., Ломов Б. Ф., Соловейчик И. Е., Основы построения аппаратуры отображения в автоматизированных системах /
под ред. А. Я. Брейтбарта. М.: Сов. радио, 1975. 352 с.
31
Лабораторная работа № 5
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
СИГНАЛОВ СОИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ТИПА
Цель работы: ознакомление с методами и аппаратурой измерения параметров сигналов, приобретение навыков работы с ТВосциллографом, измерение основных параметров видеосигналов,
сигналов управления и отклонения луча.
Методические указания
Основным узлом систем отображения информации (СОИ) является индикатор, преобразующий электрические сигналы в форму,
удобную для зрительного восприятия, видимое изображение. Наибольшее распространение в настоящее время получили устройства
на базе телевизионных экранов (электронно-лучевая трубка, плазменные панели, устройства на жидких кристаллах) – устройства
растрового типа. Форма элемента отображения в СОИ растрового
типа, например с ЭЛТ в качестве индикатора, определяется сечением электронного луча в плоскости экрана трубки. Это сечение
может иметь конфигурацию выбранного знака (в знакопечатающих ЭЛТ), в большинстве же случаев оно принимает форму круга
малого диаметра (точечный элемент отображения – (ЭО). Основные
параметры ЭО ЭЛТ (геометрические размеры, яркость, цвет) определяются параметрами электронного луча и свойствами люминофора. В плазменных панелях и дисплеях на жидких кристаллах
размер ЭО определяется конструктивными особенностями.
Адресация ЭО, определяющая положение электронного луча
в плоскости экрана ЭЛТ, задается сигналами отклоняющей системы трубки. В каждый момент времени луч занимает определенное положение, фиксируя на информационном поле ЭО. Полное
изображение формируется последовательным во времени воспроизведением всех его элементов. В СОИ такой принцип адресации
называется циклической адресацией, а в телевизионных системах
последовательное поэлементное воспроизведение называется разверткой изображения. Изображение, образованное в процессе развертки совокупностью ЭО, называется кадром.
По принципу организации развертки изображения методы синтеза знаков делятся на растровые и функциональные.
При растровом принципе закон развертки, а, следовательно, и
траектории перемещения луча по экрану не зависит от формируемой информационной модели.
32
При функциональном принципе траектория перемещения луча
совпадает с контурами отображаемых элементов информационной
модели, то есть закон развертки в этом случае определяется отображаемой информацией.
К преимуществам СОИ ТВ-типа относятся: универсальность,
позволяющая отображать все виды информации; возможность
совмещения информационных моделей, формируемых методом электронного синтеза (знакогенерации) с полутоновыми ТВизображениями, получаемыми с помощью ТВ-камер; возможность
использования стандартных ТВ приемников и видеоконтрольный
устройств в качестве видеомониторов.
Телевизионный тип растра определяет собой совокупность прямых линий, расположенных друг под другом. Растр, образованный
линейной прогрессивной разверткой, образуется за один период
кадровой развертки Тк. Развертка изображения создается одновременным движением луча по горизонтали вдоль оси X и по вертикали вдоль оси Y. Движение луча по горизонтали называют строчной
разверткой, а прочерчиваемые при этом линии – телевизионными
(ТВ) строками. Перемещение луча по вертикали называют кадровой разверткой, в результате которой все ТВ-строки располагаются
одна под другой. Частота кадровой развертки
fê = 1 T .
ê
Для ЭЛТ с малым временем послесвечения частота кадров должна быть больше критической частоты мелькания.
Частота и период строчной развертки fс и Tс связаны соотношением
fc = 1
Tc
.
Частоту строк выбирают из условия
fc= fê ⋅ Z,
где Z – число ТВ-строк в кадре, определяющих разрешающую способность СОИ по вертикали.
Период строчной развертки Тс включает в себя время прямого
хода луча по строке (активная часть строки) Тса и время обратного
хода Tсги (строчный гасящий интервал)
=
Tc Tñà + Tñãè .
Изображение формируется за время прямого хода. Отношение
Tñãè
Tc = α
33
называется коэффициентом обратного хода строчной развертки
(относительная длительность строчного гасящего интервала).
Период кадровой развертки
=
Tê Têà + Têãè ,
где Тка и Ткги – время прямого и обратного хода кадровой развертки. Отношение
Têãè
Tê = b
называется коэффициентом обратного хода кадровой развертки
(относительная длительность полевого гасящего импульса).
На рис 5.1а представлена форма, временные интервалы и амплитудные соотношения телевизионного сигнала для двух соседних
строк, а на рис. 5.1б форма и временные соотношения для телевизионного сигнала двух полей. На рис. 5.1а показаны: Тс – интервал
Размах полного ТВ сигнала
Uс
Уровень белого
Тс (длительность строки)
64 мкс
Tсси
4,7мкс
ССИ
а)
Врезки
Тп =20 мс
(поля 312,5 строк)
Уравнивающие
импульсы
Tкси 192 мкс
б)
Рис. 5.1
34
Уровень черного
Уровень гашения
(чернее черного)
Сигнал
синхронизации
Ткги 1,6мс
Строки
Размах
cигнала яркости
70%
25%
5%
100%
Tсги
12 мкс
t
Уровень
синхронизации
времени между моментами начала разверток двух смежных строк,
то есть период следования строки (по стандарту Тc – 64 мкс), Тсги
строчный гасящий импульс (12±0,3 мкс), Тсси – строчный синхронизирующий импульс (4,7 мкс). На рис. 5.1б показаны: Тк – интервал времени между началами разверток двух смежных полукадров
(полей) –20 мс, Ткги – кадровый гасящий импульс (1,6 мс), Ткси –
кадровый синхронизирующий импульс (192 мкс).
При чересстрочной развертке ТВ-растр одного кадра формируется из двух полей, передаваемых последовательно. В первом поле прочерчиваются нечетные, а во втором – четные строки растра.
Уменьшение частоты кадров в два раза по сравнению с прогрессивной разверткой при том же числе ТВ-строк в кадре приводит
к двукратному уменьшению частоты кадров и требуемой полосы
пропускания видеоусилителя. Для формирования чересстрочной
развертки необходимо обеспечить следующие условия: число строк
в кадре должно быть нечетным, т. е. Z=2m+1, где m – целое число;
частоты строчной развертки и полей должны быть тесно связаны
между собой условием
2=
fc Zf
=
ï
(2m + 1) fï ,
где fп – частота полей.
В результате второе поле начинается с половины строки, и все
строки оказываются сдвинутыми по вертикали относительно первого поля. На рис. 5.2 показан полный телевизионный сигнал для
нечетного и четного полукадров (полей): передние уравнивающие
импульсы; полевые (кадровые) синхронизирующие импульсы; задние управляющие импульсы.
Половина строки
Начало нечетного полукадра (поля)
Врезки
622
623
Тс
309
624 625
1
3
2
4
5
6
22
23
Начало четного полукадра (поля)
319
314 315 316 317
311 312 313
310
Активные
строки
335
Передние
уравнивающие
импульсы
(5 импульсов)
Полевой
синхроимпульс
Задние
уравнивающие
импульсы
(5 импульсов)
336
Строчные
синхроимпульсы
Рис. 5.2
35
Уровень белого
Tc ги
Tc
Уровень черного
е
c
Уровень чернее
черного
Рис. 5.3
В СОИ рекомендуется применять прогрессивную развертку,
при которой отсутствуют чересстрочные мелькания, приводящие
к утомлению зрения оператора.
На рис. 5.3 показан строчный гасящий и строчный синхронизирующий импульсы (даны в укрупненном масштабе времени):
с  –длительность передней полки строчного гасящего интервала, e
-длительность задней полки строчного гасящего интервала, 8–10
периодов несущей частоты цвета (сигнал цветовой синхронизации
в системах NTSC и PAL)
Описание лабораторной установки
В лабораторной работе полный цветной телевизионный сигнал формируется генератором и через усилители распределители подается
одновременно на все телевизионные стойки и на контрольный жидкокристаллический видеомонитор. Кроме полного ТВ сигнала на стойки
подаются импульсы синхронизации и гашения для внешней синхронизации осциллографов и работы лабораторных установок. Генератор может вырабатывать один из 12 тестовых сигналов: различное сочетание
цветных полос, сетка, белое поле и др. Переключение сигналов может
быть автоматическим и ручным. В работе используется ручной выбор
типа сигнала в зависимости от выполняемого пункта работы (выбор
сигнала осуществляет преподаватель). Для контроля формы сигнала
используются осциллографы с блоком выделения строки (БВС).
Порядок выполнения
1. Ознакомиться с лабораторной установкой и измерительными
приборами.
36
2. Пронаблюдать с помощью осциллографа полный ТВ-сигнал,
измерить его параметры (размах синхроимпульсов, размах видеосигнала).
Для этого установить длительность развертки 5 мс. Синхронизация развертки «Внешняя 1:1». Наблюдать на осциллографе сигнал двух полей ТВ изображения, произвести измерения амплитуды
полного телевизионного сигнала, синхронизирующих импульсов,
видеосигнала. Результаты записать.
3. С помощью осциллографа провести измерения параметров
строчных и кадровых синхронизирующих импульсов, строчных и
кадровых гасящих импульсов (импульсов обратного хода).
Для измерения параметров строчных импульсов установить
переключатель синхронизация развертки осциллографа в положение «БВС импульсы строк», длительность развертки установить 10
мкс. Наблюдать на экране осциллографа два периода строчной развертки. Измерить период следования строчных синхронизирующих импульсов – Тс, длительности строчного синхронизирующего
импульса – Тсси и гасящего импульса – Тсги, результаты записать и
зарисовать форму телевизионного сигнала для двух строк.
Внимание! Для получения точных значений при проведении
измерений необходимо чтобы ручки «Развертка длительность» и
«Амплитуда» находились в крайнем правом положении (защелкнуты до щелчка, при наличии рядом контрольных лампочек, они
не должны светиться)
Для измерения параметров импульсов полей переключатель
синхронизация развертки осциллографа оставить в положении
«БВС», длительность развертки установить 5 мс. Наблюдать на
экране осциллографа два периода импульсов полей. Измерить период следования импульсов полей – Тп. Для измерения длительности гасящего и синхронизирующего импульсов полей необходимо
изменять длительность развертки (постепенно уменьшать до 0,2
мс) и при этом ручкой «номер строки» на блоке выделения строки
постоянно устанавливать полевой гасящий интервал в начало развертки. Измерить полевой гасящий интервал – Тпги. Уменьшить
время развертки до (0,1 – 0,05) мс, измерить полевой синхронизирующий импульс – Тпси. Результаты записать.
Для наблюдения положения строчного синхронизирующего импульса относительно полевого гасящего интервала установить первоначально длительность развертки 5 мс и ручкой «номер строки»
на БВС установить полевой гасящий интервал в начало развертки
осциллографа. Затем, меняя длительность развертки в сторону
37
уменьшения и поддерживая начало импульса гашения в начале
развертки, получить на экране осциллографа сигнал от полевого
синхронизирующего импульса, два строчных синхронизирующих
импульса и пяти уравнивающих импульсов перед ним. Меняя на
БВС положение переключателя «поля» 1 или 2 пронаблюдать изменение положения строчных синхронизирующих и уравнивающих
импульсов относительно полевого синхронизирующего импульса.
Результаты зарисовать.
По результатам измерения при оформлении отчета рассчитать:
– частоту следования строк
1
fc =
Tc
– частоту следования полей
fï =
1
Tï
– относительную длительность строчного гасящего импульса
α = Тсги / Tс .
– длительность активной части строки
Тса = Тс (1 – α).
– относительную длительность полевого гасящего импульса
β = Ткги / Tп.
– число активных строк разложения изображения
Za = Z(1 – β),
где Z – номинальное число строк разложения (Z = 625).
4. По результатам измерений периодов следования импульсов строк и
полей и длительностей гасящих интервалов рассчитать частоты следования
строк и кадров, а также максимальную частоту видеосигнала fmax без поправки на обратный ход и с учетом поправок на обратный ход для
существующего стандарта разложения. Для этого необходимо рассчитать:
а) без поправки на обратный ход:
– число элементов разложения изображения в строке
Nс = kZ ,
где k – формат кадра (k = 4/3);
– число элементов в кадре
Nк = kZZ =kZ2;
38
– длительность развертки одного элемента изображения
τэ = Tс / Nс;
– максимальную частоту спектра сигнала яркости, которая
определяет верхнюю границу полосы пропускания тракта передачи сигнала яркости (МГц) определяют как::
1
fmax =
,
2τý
либо через общее число элементов изображения передаваемых
в секунду:
fmax =
kZ2n
2
где n – число кадров, передаваемых в секунду (n = 25 кадр/с).
б) с учетом поправки на обратный ход:
– число элементов в активной части кадра
Nка = kZZa;
– длительность развертки одного элемента изображения
τэ = Tса / Nс;
– максимальную частоту спектра сигнала яркости с учетом обратного хода по строке (МГц)
fmax ≈ 1 / 2τэ.
Сравнить полученное значение fmax с уточненным теоретическим значением с учетом обратных ходов (гасящих интервалов) по
строке и по кадру fmax ох
k Z2 n 1 − b
⋅
fmax îõ =
p⋅
2
1− α
где p – коэффициент Кэлла (p = 0,814).
5. Подать на вход ВКУ сигнал «сетка» (изменение вида сигнала делает преподаватель) и определить нелинейность по строкам и кадрам.
Для этого измерить ширину самого широкого и узкого квадратов и
высоту самого высокого и низкого квадратов. Оценка нелинейности
по горизонтали и вертикали производится по формуле:
a−b
K =2
⋅ 100%
a+b
где соответственно а – ширина (высота) самого широкого (высокого) квадрата, b -ширина (высота) самого узкого (низкого) квадрата.
39
5. Для сигнала вертикальных цветных полос пронаблюдать и
зарисовать полный цветной телевизионный сигнал для двух строк
изображения. Пронаблюдать сигналы цветовой синхронизации на
задней полке строчных гасящих интервалов. Отключить цвет (отключение цвета делает преподаватель) и пронаблюдать изменение
формы сигнала.
Оформление отчета по лабораторной работе
В отчете должны быть приведены:
1. Осциллограммы полного телевизионного сигнала.
2. Результаты проведенных измерений параметров ТВ-сигнала.
3. Осциллограмма полного цветного телевизионного сигнала.
4. Расчет fmax без учета и fmax ох с учетом обратного хода по строке и кадру.
5. Расчет коэффициента нелинейности по горизонтали и вертикали.
6. Выводы о качестве ТВ-изображений и рекомендации о необходимых регулировках и настройках телевизионной системы.
Контрольные вопросы
1. Какие виды СОИ существуют, их достоинства и недостатки?
2. Принципы построения ТВ СОИ.
3. Особенности построения чересстрочного растра.
4. Чем определяется fв?
5. Особенности ТВ-осциллографа и принципы работы с ним.
Рекомендуемая литература
1. Телевидение: учеб. для вузов / В. Е. Джакония, А. А. Гоголь, [и др.]; под ред. В. Е. Джаконии. М.: Радио и связь, 2007.
640 c.: ил.
2. Быков Р. Е. Основы телевидения и видеотехники: учеб. для
вузов. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. 399 с.
3. Яблонский Ф. М., Троицкий Ю. В. Средства отображения
информации. М.: Высшая школа, 1985. С.16–45.
40
Лабораторная работа № 6
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ
ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ РАСТРОВОМ
СПОСОБЕ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Цель работы: изучение растрового метода формирования изображений на экране ЭЛТ. Формирование сигналов RGB для получения цвета.
Методические указания
Пo типу представляемой информации устройства отображения информации (УОИ) подразделяются на устройства, реализующие отображение: дискретных сигналов, цифровых данных, условных графических образов, мнемосхем, алфавитно-цифровой
информации, квазиграфической и универсальной графической
информации.
Отображение дискретных сигналов по типу «да-нет» реализуется простейшими индикаторами типа ламп накаливания, неоновых
ламп, светодиодов.
Индикация цифровых данных и условных графических образов
с учетом достаточно ограниченного набора элементов в составе отдельных знаков (символов) в настоящее время осуществляется на
базе твердотельных устройств электролюминесцентного, светодиодного и жидкокристаллического типов .
Мнемосхемы, используемые для отображения сложных структур, и обозначения в условном виде связей между объектами, реализуются на наборах дискретных элементов индикации или экранных индикаторах различного типа.
Отображение алфавитно-цифровой информации, носящей динамический характер (тексты, таблицы и т.п.), осуществляется на
экранах ЭЛТ, а также на различных плоских панелях: плазменных, люминесцентных, жидкокристаллических и др.
Применение ЭЛТ позволяет без изменения технической структуры УОИ обеспечить отображение не только буквенно-цифровой
информации, но и простейших рисунков, графиков, схем, относящихся к информационной графике. Усложнение структуры УОИ
позволяет отображать любую графическую информацию, сложность которой ограничивается лишь разрешающей способностью и
информационной емкостью ЭЛТ.
По способу формирования изображения УОИ на основе ЭЛТ
подразделяются на дискретно-знаковые, функциональные и рас41
тровые. В дискретно-знаковых УОИ каждый знак формируется
отдельно адресуемым индикаторным элементом, расположенным
в специальной матрице знаков. Примером таких УОИ являются
знакопечатающие ЭЛТ. Существенным их недостатком является
необходимость использования специальных трубок и невозможность отображения даже простейшей графической информации.
Функциональный метод предусматривает построение информационных образов (символьных или графических путем отклонения луча в соответствии с формой символа). При растровом методе
развертка луча на экране постоянна, а формирование изображения осуществляется путем подсвета луча в определенные моменты времени. Изменение яркости луча ЭЛТ выполнить технически
значительно проще, чем управлять его отклонением. Этим объясняется широкое распространение растровых индикаторов на ЭЛТ.
Именно растровый метод используется в дисплеях современных
ЭВМ и ПЭВМ.
К растровому индикатору современных СОИ предъявляется
большое количество разнообразных требований: высокая разрешающая способность и информационная емкость, возможность наблюдения изображения при высоком уровне внешнего освещения,
согласование характеристик со свойствами зрительной системы
человека-оператора, привычное для оператора представление информации. Большинству этих требований удовлетворяют телевизионные преобразователи сигнал-свет. Дело в том, что ТВ-системы
исходно разрабатывались в соответствии со свойствами зрительной
системы человека, поэтому во многих СОИ используются телевизионные оконечные устройства. Для увеличения информационной емкости УОИ, кроме изменения яркости элементов изображения вводят и изменение цвета. Здесь также широко
используются принципы формирования цветных изображений, освоенные в телевидении. Поэтому наиболее широко распространенным оконечным устройством современных ЭВМ, ПЭВМ и многих
СОИ является цветной телевизор (монитор) с растровым методом
формирования изображения. В данной лабораторной работе на
примере генератора универсальной электронной испытательной
таблицы (УЭИТ), которая приведена на рис. 6.1, показано, как при
растровом методе формируются простейшие геометрические фигуры (прямоугольники, наклонные линии, окружности), как создаются изображения с плавным изменением яркости и цвета. Сама
УЭИТ создана для оценки качества характеристик ТВ-тракта, но
может быть использована и для оценки искажений тракта форми42
рования изображений СОИ и с этой точки зрения представляет самостоятельный интерес.
Однако главная цель работы – изучение способов и аппаратурной реализации формирователей изображений простейших геометрических фигур при растровой индикации.
Описание лабораторной установки
Упрощенная структурная схема генератора УЭИТ показана на
рис. 6.2. Синхронизация работы генератора УЭИТ осуществляется
от синхрогенератора, с выхода которого поступает смесь гасящих
импульсов (ГИ) и полная синхросмесь (ССП), представляющая
сумму строчных и кадровых синхронизирующих импульсов.
Генератор «сетки» ГС предназначен для формирования испытательного сигнала «сетка», представляющего собой 25 вертикальных и 19 горизонтальных белых линии на экране, и ряда вспомогательных сигналов, используемых в других блоках генератора
УЭИТ. Интервалы между вертикальными линиями обозначаются
буквами русского алфавита от А до Э, а между горизонтальными –
цифрами от 1 до 20 ( рис. 6.1).
Генератор временных интервалов (ГВИ) предназначен для формирования импульсов временных интервалов по строке и по кадру,
а также управляющих импульсов, определяющих временные интервалы работы других схем формирования сигналов УЭИТ.
Блок цветных сигналов БЦС создает первичные сигналы вертикальных цветных полос по всему растру, сигналы цветных полос,
размещающихся на интервалах 6 – 7 и 14 – 15 в УЭИТ, сигналы
радуги на интервале 12 по кадру и интервалах Д-Ц по строке, сигналы штрихов цветной четкости, расположенные на интервале 9
по кадру, и интервалах Е-Х по строке.Генератор наклонных линий
(ГНЛ) формирует следующие сигналы:
 –сигналы наклонных линий на интервалах 10 и 11 по кадру и
Е-К, С-Х по строке внутри больного круга УЭИТ;
 –десятиступенчатый сигнал яркости (градационный клин) на
интервале 8 по кадру в УЭИТ, такой же сигнал в виде вертикальных полос различной яркости по всему растру.
Генератор пакетов высокой частоты (ГПВЧ) предназначен для
формирования испытательных сигналов в виде пакета частот 2, 3,
4, 5,8 МГц на интервале 13 по кадру и внутри малых кругов в УЭИТ. Пакеты высокой частоты наблюдаются на экране в виде полосок вертикальных линий и служат для проверки разрешающей
способности устройств отображения или системы в целом.
43
Рис. 6.1
Генераторы малого и большого кругов (ГМК, ГБК) формируют
сигналы четырех малых окружностей в углах УЭИТ и одной большой в центре.
Блок выходных каскадов (БВК) предназначен для формирования полного ТВ-сигнала из составляющих, генерируемых отдель44
Синхрогенератор
ГС
ГВИ
ГИ
БЦС
ГНЛ
ГМК
ГБК
ГПВЧ
БВК
Рис. 6.2
ными блоками. Это достигается суммированием составляющих
между собой и замешиванием в них сигналов синхронизации.
Порядок выполнения работы
1. Исследовать работу ГС. Функциональная схема ГС изображена на рис. 6.3. Задающий генератор ЗГ представляет собой генератор ударного возбуждения, работающий на опорной частоте
ЗГ
F
С
Q0
Q1
:32 Q 2
Q3
Q4
S
Установка
в состояние "7"
В3
А2
ИЛИ
Установка
в состояние "6"
"ИП "
S
"ГИ "
С
А1
И
(30)
R
Q0
Q
:15 1
Q2
Q3
В2
И
(0)
В1
И
(15)
Рис. 6.3
45
fоп=15,5 МГц. Во время прихода гасящих импульсов колебания
генератора срываются и возникают по их окончанию. Это обеспечивает привязку колебаний генератора к ТВ-развертке.
Сформированный на выходе ЗГ меандр частоты 15,5 МГц подается на 5-разрядный счетчик-делитель, имеющий коэффициент
деления 32. Выходы четырех старших разрядов счетчика объединены на схеме совпадения. Когда все четыре выхода находятся в состоянии «1» , на выходе схемы совпадения «И(30)» возникает импульс, длительность которого равна двум периодам fоп. Последовательность этих импульсов создает последовательность белых точек
на строке развертки кинескопа. Поскольку импульсы повторяются
на каждой строке, они создают белые вертикальные линии.
Сигнал ГИ подается на вход установки счетчика, устанавливая
его в состояние 7 перед каждой строкой. Такая установка определяет положение первой вертикальной линии относительно начала
видимой части строки и обеспечивает симметрию вертикальных
линий относительно растра.
Подать на вход осциллографа импульсы с гнезда А1. Установить
длительность развертки такой, чтобы на экране были видны два
импульса ГИ. Зарисовать осциллограмму импульсов ГИ. Не меняя
развертки подключить осциллограф к гнезду А2. Зарисовать осциллограмму импульсов вертикальных линий. Измерить длительность
импульса вертикальной линии и период повторения двух импульсов. Для этого установить длительность развертки такой, чтобы на
экране были видны 2–3 импульса вертикальных линий. Результаты
измерений записать. Горизонтальные линии формируются с помощью счетчика-делителя на 15 и схемы совпадения «И(0)». На счетный вход четырехразрядного счетчика подаются импульсы ГИ. Коэффициент деления 15 достигается включением схемы «И(15)». Как
только счетчик достигает состояния 15 (выходы четырех разрядов
находятся в состоянии «1»), на выходе схемы совпадения «И(15)»
возникает импульс, сбрасывающий счетчик в состояние 0, не дожидаясь прихода 16-го импульса на счетный вход. При этом на выходе
схемы «И(0)» возникает импульс, существующий до прихода следующего гасящего импульса на счетный вход счетчика, то есть в течение строки. Импульсы на выходе «И(0)» создают белые горизонтальные линии на экране монитора.
Перед началом каждого следующего поля счетчик устанавливается в состояние 6 импульсами полей ИП для определения положения первой горизонтальной линии относительно начала видимой
части поля (кадра).
46
Подключить осциллограф к гнезду А3, изменяя длительность
развертки получить на экране осциллографа два импульса полей,
зарисовать осциллограмму. Не меняя развертки подключить осциллограф к гнезду В1 и зарисовать осциллограмму. Изменяя длительность развертки получить на экране осциллографа два импульса горизонтальных линий, измерить длительность и период повторения импульсов. Результаты измерений записать.
Сигналы вертикальных и горизонтальных линий суммируются
на схеме «ИЛИ», образуя сигнал «сетка», наблюдаемый на мониторе. Не меняя длительность развертки, подключить осциллограф
к гнезду В2, зарисовать осциллограмму на интервале между двумя
горизонтальными линиями. Посчитать количество строк, которое
укладывается между двумя горизонтальными линиями. В дальнейшем это число потребуется для определения номера строки, на
которой формируются исследуемые сигналы. Для этого необходимо умножить полученное число строк на номер, который стоит с
правой стороны таблицы (рис. 6.1) от формируемого элемента.
2. Исследовать работу ГВИ.
Упрощенная функциональная схема ГВИ дана на рис. 6.4.
Схема состоит из двух частей. Одна создает импульсы временных интервалов по строке, другая – по кадру. Каждая из частей
содержит регистр сдвига, R-S триггеры и схемы «ИЛИ». Рассмотрим работу ГВИ по строке. В его состав входит 25-разрядный
регистр сдвига. На вход последовательного сдвига поступают
импульсы ГИ, а на С-вход – сумма гасящих импульсов и импульсов вертикальных линий. В момент прихода заднего фронта ГИ
«1» записывается в первую ячейку регистра – «А». Импульсы
вертикальных линий последовательно перемещают записанную
«1» на выходы Б, В,...,Э в течение строки, поэтому на каждом из
выходов возникают импульсы, длительностью равной временному интервалу между двумя вертикальными линиями на строке.
Объединение временных интервалов, формируемых регистром,
осуществляется схемами «ИЛИ» и R-S триггерами. Там, где
нужно создать импульс длительностью 2–5 интервалов, используются схемы «ИЛИ», для более длинных интервалов – R-S триггеры.На приведенной схеме упрощенно показано формирование
временных интервалов Б-Щ, В-Е, Х-Ш, Е-Х. Первый из перечисленных интервалов – видимая часть строки УЭИТ за исключением рамки, два следующих определяют положение малых кругов
в УЭИТ по горизонтали, а интервал Е-Х соответствует диаметру
большого круга по горизонтали.
47
Импульсы
вертикальных линий
ГИ
А1
C
Регистр сдвига по строке
D
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э
S
ИЛИ
R
Т
Q
Q
S
Q
C1
"Б−Щ"
R
Т
Q
ИЛИ
ИЛИ
C2
"В−Е, Х−Ш"
C3
"Е−Х"
Импульсы
горизонтальных линий
Поля
А3
C
D
Регистр сдвига по кадру
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
ИЛИ
S
Q
R
Т
Q
S
Q
R
Т
Q
B4
"3−18"
ИЛИ
B3
"14−15"
ИЛИ
ИЛИ
A4
"2−5, 16−19"
Рис. 6.4
Подать на вход осциллографа импульсы с гнезда А1. Установить
длительность развертки такой, чтобы на экране были видны два
импульса ГИ. Зарисовать осциллограмму импульсов ГИ. Не меняя
развертки подключить осциллограф последовательно к гнездам С1,
С2, С3, зарисовать осциллограммы напряжений
Работа второй части ГВИ аналогична и отличается только тем,
что запись первого интервала осуществляется импульсами полей
ИП, а его продвижение по регистру – импульсами горизонтальных
линий.
Подать на вход осциллографа импульсы с гнезда А3. Установить
длительность развертки такой, чтобы на экране били видны два импульса полей. Зарисовать осциллограмму импульсов полей. Не ме48
няя развертки и последовательно подключая осциллограф к гнездам В3, А4, В4, зарисовать осциллограммы.
Импульсы единичных и объединенных интервалов ГВИ подаются на блоки формирования сигналов, входящие в состав УЭИТ, и
определяют время их работы. Так временные интервалы 2–5, 16–
19 (А4) подаются на ГМК, определяя время формирования сигналов малых кругов, а интервал 3–18 (В4) – на ГКБ. Формирователь
интервала 14–15 (В3) определяет время формирования цветных полос в УЭИТ, а единичный интервал 8 – время формирования градационной шкалы (см. УЭИТ рис. 6.1).
3. Исследовать работу БЦС.
На рис. 6.5 показана часть функциональной схемы БЦС, формирующая цветные полосы на интервале 6–7 по кадру УЭИТ. Кроме
того, цветные полосы формируются на интервале 14–15, на интервале 9 в пределах больного круга формируются цветные штрихи, а
на интервале 12 – сигнал радуги.
Приведенная на рис. 6.5 схема содержит счетчик-делитель на 3,
на его вход подаются импульсы вертикальных линий. Поделенная
на 3 частота подается на трехкаскадный счетчик-делитель. Выходной меандр первого каскада делителя используется для формирования сигнала В (синего), второго – сигнала R (красного), третьего –
сигнала G (зеленого). Таким образом создаются сигналы цветных
полос – вертикальных полос по всему кадру в следующем порядке: белая, желтая, голубая, зеленая, пурпурная, красная, синяя,
А5
"Вертикальные
линии"
S
С
R
:3
Q0
S
Q1
С
Q2
R
Q0
:3
А6
И
В6
И
С6
В5
Q1
Q2
"ГИ"
С5
А1
И
С2
"Б−Щ"
С4
"6−7"
Рис. 6.5
49
черная. Фазирование обоих счетчиков-делителей осуществляется
гасящими импульсами строк, подаваемыми на R-входы счетчиков.
Для формирования цветных полос на интервале 6–7 в УЭИТ
выходные меандры второго счетчика-делителя подаются на схемы «И». На вторые и третьи входы схем «И» поступают импульсы
временных интервалов 6–7 и Б-Щ с ГВИ. Аналогично получаются
сигналы цветных полос на интервалах 14–15. Выходы схем формирования сигналов цветных полос на интервалах 6–7 и 14–15 не объединяются потому, что полосы в них имеют различную цветовую
насыщенность и должны подаваться на разные входы блока выходных каскадов, в котором, собственно, и формируются аналоговые
сигналы цветных полос различные по амплитуде. Подключить вход
осциллографа к гнезду А1 «ГИ», установить масштаб развертки таким, чтобы на экране осциллографа наблюдалось два импульса ГИ.
Последовательно подключая вход осциллографа к гнездам А5, В5,
С5, С1, зарисовать осциллограммы относительно импульсов ГИ.
Подключить осциллограф к гнезду С4 (интервал 6–7), ручкой
блока БВС «номер строки» установить строку, соответствующую
этому интервалу. Установить масштаб развертки так, чтобы импульс интервала 6–7 полностью укладывался на экране осциллографа. Последовательно подключая вход осциллографа к гнездам
А6, В6, С6, зарисовать осциллограммы В (интервал 6–7), R (интервал 6–7), G (интервал 6–7).
В БЦС входит генератор сигнала радуги. Для формирования этого сигнала нужно создать пилообразные сигналы для B, R, G. Так
как сигнал радуги должен создаваться в пределах большого круга,
то в его формировании используются временные интервалы Е-Х и
12, вырабатываемые ГВИ. Функциональная схема генератора сигнала радуги показана на рис. 6.6.
Генератор радуги содержит две схемы совпадения, выходные
сигналы которых запускают два генератора пилообразного напряжения ГПН. С выхода «И1» импульс интервала Е-Х по строке, соответствующий большому кругу, выбранный на интервале 12 по
кадру, запускает ГПН сигнала В, который вырабатывает нарастающее напряжение за время действия импульса. На выходе «И2» вырабатывается в каждой строке интервала 12 короткий импульс, соответствующий началу интервала Е по строке. Этот импульс определяет крутой передний фронт пилообразного сигнала G. После его
окончания формируется пилообразное спадающее напряжение.
Подключить вход осциллографа к гнезду А1 «ГИ», установить
масштаб развертки таким, чтобы на экране осциллографа наблю50
"Сигнал большого круга"
А7
"12"
И1
ГПН
R
В7
С3
И2
ГПН
G
"Е−Х"
Рис. 6.6
далось два импульса ГИ, ручкой блока БВС «номер строки» установить строку, соответствующую интервалу 12. Подключив вход
осциллографа к гнезду С3, зарисовать осциллограмму импульса
интервала Е-Х. Последовательно подключая осциллограф к гнездам А7 (пила В), В7 (пила G), зарисовать осциллограммы пилообразных напряжений в том же масштабе с привязкой к импульсу
Е-Х. Третий пилообразный сигнал R формируется в блоке выходных каскадов из пилообразного напряжения В.
4. Исследовать работу генератора наклонных линий.
Данный генератор с точки зрения СОИ представляет интерес
как практический пример формирования сигнала наклонной линии при растровом способе индикации. Наклонная линия при такой индикации представляет собой последовательность точек или
коротких отрезков на строках развертки сдвинутых по временному положению на строке. Величина сдвига импульсов подсвета от
строки к строке зависит от угла наклона формируемой линии. Работа одного ГНЛ поясняется функциональной схемой на рис. 6.7.
В УЭИТ наклонная линия имеет положительный угол наклона
и располагается на 11-м интервале по кадру и Е-К, С-Х интервалах
по строке. Для формирования наклонной линии импульсы интервалов Е-К по строке, выбранные на кадровом интервале 11 схемой
«И1», подаются на запуск генератора импульсов. Импульсы генератора подаются на счетчик с коэффициентом деления 32. Импульсы подсвета точек, из которых формируется линия, получаются из
перепадов последнего (5-го) разряда счетчика путем формирования
коротких импульсов с помощью формирователя импульсов ФИ2.
За интервал Е-К старший разряд счетчика срабатывает только один
51
А8
С7
"Е−К"
"11"
S
И1
Генератор
импульсов
С
R
:2
Q
Четное поле
И2
Нечетное поле
"10"
С8
Q0
Q1
С :16 Q
2
Q3
R
S
И3
ФИ 1
ФИ2
"ИПНЛ "
В8
Рис. 6.7
раз, поэтому в каждой строке интервала 11 по кадру будет сформирован только один импульс подсвета наклонной линии (ИПНЛ).
Для получения положительного наклона линии импульс подсвета
на каждой следующей строке интервала 11 должен формироваться
ближе к началу строки. Это достигается тем, что число импульсов
генератора за время интервала Е-К превышает коэффициент деления счетчика. В данном случае число импульсов генератора – 34,
а коэффициент деления – 32. Установка счетчика в исходное состояние производится только один раз за поле. Установка счетчика
выполняется перед началом счета импульсами, сформированными
из заднего фронта интервала 10 с помощью формирователя ФИ1.
Для этого в схему включены схемы совпадения «И2» и «И3», через
которые проходит импульс сброса в нечетных и четных полях соответственно.
Таким образом, в нечетном поле счетчик будет установлен в состояние «0» импульсом с выхода «И3», и на первой строке интервала 11 будет сформирован ИПНЛ в конце интервала Е-К после
прихода 32-го импульса генератора. Поскольку генератор вырабатывает 34 импульса, то счетчик установится в конце интервала Е-К
в состояние 2. На следующей строке ИПНЛ появляется уже после
30-го импульса генератора, а счетчик установится в состояние 4.
В каждой следующей строке ИПНЛ перемещается к началу интервала Е-К на два периода генератора (0,6 мкс).
52
Некоторая особенность формирования наклонной линии связана
с использованием чересстрочной развертки. Так как строки четных
полей укладываются между строками нечетных, то и ИПНЛ должны формироваться между ИПНЛ нечетных полей. Для этого первый
триггер делителя на 32 в четных полях перед приходом счетных импульсов устанавливается в состояние «1» импульсом с выхода «И2».
Поэтому в четных полях к концу интервала Е-К счетчик будет останавливаться в состояниях 3, 5, 7 и т.д., а ИПНЛ формируется между
соответствующими импульсами нечетных полей.
Подключить вход осциллографа к гнезду А1 «ГИ», установить
масштаб развертки таким, чтобы на экране осциллографа наблюдалось два импульса ГИ, ручкой блока БВС «номер строки» установить строку, соответствующую интервалу 11. Подключить осциллограф к гнезду С7 и получить импульс, соответствующий интервалу «Е-К, 11». Подключить осциллограф к гнезду А8 и выделить
пачку импульсов. Изменением масштаба растянуть пачку импульсов на весь экран и убедиться, что число импульсов равно 34. Дальнейшим изменением развертки выделить первый импульс пачки,
измерить его длительность.
Подключить осциллограф к гнезду В8, зарисовать осциллограмму импульсов, а затем подключить осциллограф к гнезду С8, зарисовать осциллограмму импульсов «ИПНЛ». Изменением длительности развертки выделить один импульс на гнезде В8, измерить
его длительность. Изменяя номер выделенной строки зарисовать
осциллограммы импульсов в нескольких соседних строках и измерить временной сдвиг для импульсов соседних строк.
5. Исследовать работу генератора малого круга.
Сигнал этого генератора создает на ТВ-экране изображение четырех окружностей в углах растра, положение которых определяется интервалами по строке В-Е, Х-Ш и по кадру 2–5, 16–19.
Диаметр каждого круга соответствует 60 строкам в каждом поле в вертикальном направлении и 128 периодам опорной частоты
в горизонтальном направлении (fоп=15,5 МГц). Для формирования
сигналов всех 4 кругов используются одни и те же элементы, что
достигается включением логических схем «И» и «ИЛИ»,
Принцип формирования малого круга поясняется на рис. 6.8.
Диаметр круга FG составляет 60 строк. Координаты точек круга
В и D относительно диаметра FG изменяются от строки к строке.
Расстояние точки В от точки А в каждой строке может быть выражено определенным числом импульсов опорной частоты fоп=15,5
МГц, очевидно, что оно равно расстоянию DЕ. Для каждой строки
53
F
А
B
C
D
E
O
G
Рис. 6.8
развертки это число известно.Если в начале каждой строки записать в реверсивный счетчик число, соответствующее расстоянию
АВ, выраженному в количестве периодов опорной частоты, и установить его в режим вычитания, то при подаче на счетный вход импульсов опорной частоты в момент прохождения разверткой точки А, в момент прохождения точки В в счетчике будет число «0».
При дальнейшем движении луча развертки в счетчик записываются отрицательные числа. В момент прохождения точки С счетчик
переводится в режим суммирования, благодаря симметрии круга
в счетчике будет «0» при прохождении разверткой точки D. Выходы триггеров счетчика объединяются на схеме совпадения на «0»,
тогда в точках В и D будут выделяться импульсы, соответствующие
точкам окружности.
Структурная схема ГМК показана на рис. 6.9.
Строчный счетчик считает строки на интервалах 2–5 и 16–19,
соответствующих положению малых кругов по кадру. Генератор
координат по номеру строки вырабатывает число, соответствующее расстоянию АВ для данной строки в числе периодов опорной
частоты. Это число записывается в начале строки в опорный счетСтрочный
счетчик
Генератор
координат
Рис. 6.9
54
Опорный
счетчик
чик малого круга. В пределах диаметра круга АЕ (рис. 4.8) на вход
счетчика поступают 128 импульсов опорной частоты. На интервале
АС опорный счетчик работает в режиме вычитания, а на интервале
СЕ – в режиме суммирования. Схема совпадения, стоящая на выходе счетчика, вырабатывает на каждой строке два импульса, соответствующие точкам В и D.Благодаря симметрии окружности
строчный счетчик также работает в реверсивном режиме. От точки
F до точки О он считает строки 1, 3...29, а дальше от точки О до
точки G – 29...1 в одном поле и соответственно 2, 4…30 и 30, 28…2
в другом, что позволяет упростить генератор координат.
Генератор координат представляет собой ПЗУ, на адресные входы
которого поступает код номера строки со счетчика строк. Для каждого адреса на выходе ПЗУ появляется 6-разрядный код координаты
точки В (расстояние АВ) в числе периодов опорной частоты. Так как
в одноименных строках нечетных и четных полей координаты различны, особенно вверху и внизу круга, то ПЗУ имеет дополнительный
адресный вход, на который подается меандр кадровой частоты. При
этом одноименные строки в разных полях будут иметь разные адреса
в ПЗУ и, соответственно, различные числа координат точки В.
Упрощенная функциональная схема ГМК показана на рис. 6.10.
На вход строчного счетчика поступают импульсы ГИ, выбранные на
интервалах 2–5 и 16–19 по кадру схемой «И1». В каждом из интервалов на вход счетчика поступает пачка из 60 импульсов. Перед приходом пачки счетчик устанавливается в состояние “0” гасящими импульсами полей для интервала 2–5 или импульсами интервала 13 для
интервала 16–19. Эти импульсы суммируются на схеме «ИЛИ» и подаются на вход R сброса счетчика. Одновременно они устанавливает
R-S триггер Т1, управляющий режимом работы строчного счетчика,
в состояние, соответствующее режиму суммирования.
После прихода 30-го импульса на вход строчного счетчика на
выходе схемы совпадения И(30), установленной на число 30, возникает импульс, переключающий R-S триггер Т1 в состояние, соответствующее режиму вычитания строчного счетчика.
Состояния пяти разрядов строчного счетчика подаются в качестве адресных сигналов на ПЗУ, в качестве 6-го адресного разряда
на ПЗУ подается меандр частоты кадров. Шести разрядный выходной код ПЗУ подается на информационные входы реверсивного
опорного счетчика. Запись кода в счетчик осуществляется гасящими импульсами строк ГИ для левых малых кругов иди импульсами
интервала «Ф» по строке для правых малых кругов. Импульсы объединяются на схеме «ИЛИ3» и подаются на вход установки счет55
Гасящие
А3
полей
"13 "
В9
"2−5,
16−19"
ГИ
ИЛИ 1
R
Q
S T1
Т
Q
−
+
А1
И1
A9
R
С
СТ 32
Q4 Q3 Q2 Q1 Q0
Кадровый
меандр
И 2 (30)
"Д "
"Ч"
"В−Е,
Х−Ш"
"2−5,
16−19"
ИЛИ 2
ПЗУ
fоп
"Ф " "ГИ "
T2
R
Q
ИЛИ 3
S
Т
Q
И3
+
С
C9
Уст. −
D0 D1 D2 D3 D4 D5
СТ 64
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
S
Q
R
Т
Q
ИЛИ 4 (0)
T3
А10
Круг
Рис. 6.10
56
чика. Одновременно эти же импульсы устанавливают R-S триггер
Т2, определяющий режим работы опорного счетчика в состояние,
соответствующее режиму вычитания.
На С -вход опорного счетчика поступают пачки импульсов опорной частоты 15,5 МГц, выбранные на интервалах В-Е или Х-Ш по
строке и на интервалах 2–5 или 16–19 по кадру. Выделение пачек
импульсов осуществляется схемой «И2». Каждая пачка содержит
128 импульсов. На интервалах В-Г и Х-Ц по строке счетчик работает в режиме вычитания, а на интервалах Д-Е и Ч-Ш – в режиме
суммирования. Перевод режима работы происходит в середине малых кругов фронтами интервалов Д и Ч, поступающих на вход S
триггера Т2 через схему «ИЛИ2».
Состояния разрядов опорного счетчика подаются на схему
«И(0)», вырабатывающую короткие импульсы в моменты прохождения счетчика через состояние «0». На каждой строке эта схема
вырабатывает 4 импульса, по 2 для каждого малого круга.
Импульсы подаются на С -вход счетного триггера Т3, на выходе
которого вырабатываются импульсы малых кругов. Длительность
импульсов равна времени прохождения луча развертки между точками В и D (рис. 6.8). Фазирование триггера ТЗ осуществляется
импульсами, снимаемыми с выхода схемы «ИЛИ3».
Подключить вход осциллографа к гнезду А3 «Гасящие полей»,
установить масштаб развертки таким, чтобы на экране осциллографа наблюдалось два импульса полей. Подключить вход осциллографа к гнезду А9 (пачка ГИ). Выбором длительности развертки
осциллографа установить пачку по центру экрана. Зарисовать осциллограмму. Подключить вход осциллографа к гнезду В9 (реверс)
и зарисовать осциллограмму относительно импульсов пачки ГИ.
Подключить осциллограф к клемме А1. Масштабом “Длительность развертки” получить на экране два импульса ГИ. Зарисовать
осциллограмму. Ручкой блока БВС «номер строки» установить
строку, соответствующую интервалу 2–5 или 16–19. Подключить
вход осциллографа к клемме С9 (пачки fоп), зарисовать осциллограмму. Изменяя длительность развертки растянуть одну пачку на
весь экран и установить ее положение симметрично относительно
центра экрана, зарисовать осциллограмму.
Не меняя масштаба развертки, подключить осциллограф к гнезду A10 (круг), зарисовать осциллограмму.
Изменяя номер строки в пределах малого круга, пронаблюдать
изменение осциллограмм на гнезде А10. Зарисовать осциллограммы для 3–5 различных строк.
57
Содержание отчета
1. Структурная схема генератора УЭИТ.
2. Функциональная схема генератора сетка.
3. Функциональная схема генератора ГВИ.
4. Функциональная схема генератора БЦС.
5. Функциональная схема генератора ГНЛ.
6. Функциональная схема ГМК.
7. Осциллограммы напряжений с указанием временных параметров.
Контрольные вопросы
1. Назначение отдельных блоков генератора УЭИТ с точки зрения проверки характеристик СОИ.
1. Описать принцип работы генератора «Сетка».
2. Изобразите функциональную схему формирователя временного интервала Д-Х.
2. Укажите цвета полос при различном сочетании импульсов R,
G, B. Как будет изменяться цвет полосы при плавном изменении
амплитуды одного из импульсов?
3. Какой будет цвет сигнала «Радуга» в точке, где три пилообразных напряжения равны между собой?
6. Дайте геометрическую интерпретацию работы анодного счетчика ГМК для двух различных строк в системе прямоугольных координат, где по оси ординат отложено состояние счетчика, а по оси
абсцисс – положение луча развертки по строке.
7. Для чего используется реверсивный счетчик при подсчете
числа строк в ГМК?
8. Как изменится форма круга, если ПЗУ будет в четных и не
четных полях давать одни и те же числа?
Рекомендуемая литература
1. Телевидение: учеб. для вузов / В. Е. Джакония, А. А. Гоголь,
[и др.]; под ред. В. Е. Джаконии. М.: Радио и связь, 2007. 640 c.: ил.
2. Алиев Т. М., Вигдоров Д. И., Кривошеев В. П. Системы
отображе­ния информации. М: Высшая школа, 1988.
58
Лабораторная работа № 7
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИСКАЖЕНИЙ
ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ ПРИ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СЪЕМКЕ
Цель работы: исследование перспективных искажений при различных смещениях точки съемки и изменениях фокусного расстояния.
Методические указания
Информационные модели, несущие осведомительную информацию, разделяют на наглядные, абстрактные и смешанные. Наглядные модели являются некоторой копией, подобием отображаемого объекта. Достоинство этих моделей в том, что процесс их
восприятия во многих отношениях протекает так же, как процесс
восприятия реальных объектов. При работе с этими моделями активно используется весь опыт, накопленный в процессе работы
с реальными объектами. Самым типичным примером наглядной
модели являются изображения. Благодаря основным свойствам
восприятия и избыточности изображения обеспечивается относительно высокая надежность приема передаваемой при помощи
изображения информации. Вместе с тем точность оценки величин
при восприятии изображения ограничена возможностями зрительного анализатора, параметрами телевизионной камеры, выбором экспозиции.
Для того, кто работал с кинокамерой, наиболее важны два параметра телевизионного объектива: фокусное расстояние F и угол
поля зрения объектива 2b. При заданном положении камеры, чем
меньше угол поля зрения, тем ближе расположенным кажется объект. Чем больше угол зрения, тем отдаленнее кажется объект. При
неправильном использовании объектива в конкретных условиях
возникают искажения перспективы, которые искажают реальную
картину отображаемого объекта, поэтому следует внимательно
подходить к выбору угла поля зрения. Мы воспринимаем перспективу как нормальную, когда размеры объектов и расстояния между
ними изменяются привычным для нас образом, то есть когда снимаемый объект виден под углом, равным углу зрения снимающей
камеры. Отступления от этого условия ведут к искажению перспективы. Искажения перспективы неизбежно возникают, когда угол
зрения объектива отличен от угла ясного видения (12…20°). Следует помнить, что искажения перспективы способны вызвать у зрителя странные и даже неприятные ощущения.
59
Для восстановления правильной перспективы должны быть выполнены условия геометрического подобия. Для этого наблюдатель
должен рассматривать ТВ-изображение с такого расстояния, при
котором изображенные объекты видны под теми же углами, что и
при ТВ-съемке. Правильное расстояние наблюдения определяется
из соотношения
l =F VT , (*)
где F – фокусное расстояние оптической системы; VT =hк/hф -увеличение изображения в ТВ –канале, hк, hф – высоты изображений на
экране кинескопа и фоточувствительной поверхности преобразователя «свет-сигнал». Оптимальным считается расстояние рассматривания lн опт = (4–6) hк. Выполнить это условие удается не всегда.
Во-первых, крупномасштабная съемка удаленных объектов требует
больших F. Съемка общих планов с небольших расстояний – уменьшенных F. Во-вторых, в камерах используется либо комплект объективов различных фокусных расстояний, либо один с F – vаR.
Невыполнение (*) приводит к появлению перспективных искажений, проявляющихся в несоответствии образованных у наблюдателя пространственных представлений реальным пространственным
соотношениям. Перспективные искажения первого рода возникают
в тех случаях, когда действительное расстояние рассматривания
lд ≠ lн. При использовании короткофокусного объектива, lд < lн, расстояния до объектов кажутся увеличенными, вся пространственная
картина растянутой. Скорости объектов в направлении камеры кажутся увеличенными. При применении длиннофокусных объективов
объекты кажутся приближенными, вся пространственная картина –
более плоской, а скорость движения в направлении камеры – уменьшенной.
Для количественной оценки перспективных искажений можно
воспользоваться формулой
l
1− Í
lÄ
Ï1 =
,
à
1+
l
где а – расстояние до объекта; l – его глубина.
При lд > lн искажения являются положительными, а при lд < lн –
отрицательными. Отрицательные искажения обычно меньше, чем
положительные. Положительные искажения особенно заметны,
когда глубина объекта соизмерима с расстоянием от него до камеры.
60
Перспективные искажения 2-го рода возникают в тех случаях, когда ТВ-съемка ведется при значительных наклонах передающей камеры. Если ось передающей камеры наклонена под
углом относительно горизонтали, то на такой же угол повернется
фоточувствительная поверхность преобразователя «свет-сигнал».
При наклоне камеры вниз вертикальные линии объектов в ТВизображении будут сходиться книзу, а при повороте вверх – кверху. Наблюдателю, рассматривающему вертикально расположенное плоское изображение на экране кинескопа, объекты кажутся
падающими вперед, если камера наклонена вниз, и падающими
назад, если камера повернута вверх.
Мера искажений (рис. 7.1) определяется как
Ï2= tgδ.
При ТВ-передаче натурных сцен на фоне искусственно введенном заднем плане возможно появление перспективных искажений
3-го рода, заключающихся в несоответствии перспектив переднего
и заднего планов. Особенно заметны эти искажения, когда имеются объекты с линейными контурами, переходящими с переднего на
задний план. Перспективные искажения 3-го рода можно оценивать выражением
Ï3 = 1 −
àô.í.
àô.Ä
,
ε
δ
ε
Рис. 7.1
61
где аф.н и аф.д соответственно необходимое и действительное расстояния установки камеры относительно плоскости заднего плана. Так как перспектива заднего плана фиксирована, то возможно
только одно положение камеры, при котором П3 = 0, а именно при
аф.н = аф.д. При положительных искажениях (аф.н < аф.д) линии на
заднем плане кажутся сходящимися быстрее, чем на переднем, а
при отрицательных (аф.н > аф.д) – наоборот.
Порядок выполнения работы
В данной работе моделируются перспективные искажения 2-го
рода. Для оценки перспективных искажений лучше всего подходят стилизованные изображения. Например, реальный дом можно
представить в виде прямоугольника с различным соотношением
сторон. Параметрами определяющими перспективные искажения,
являются фокусное расстояние, угол поля зрения телевизионного
объектива и расстояние от точки съемки до объекта. В работе исследуются вариообъективы, основные параметры которых приведены в табл. 7.1.
F
М – кратность , M = max .
Fmin
Последовательность действий алгоритма моделирования перспективных искажений следующая.
1. Выбираются размеры стилизованного объекта (прямоугольник – имитация дома, рис. 7.2). Масштаб имитации 1:250, то есть,
если размер дома 25×5 м, на экране монитора его размеры 10×2
см. При размере пиксела (элемента изображения) 0,29 мм, число
пикселов, приходящихся на одну сторону дома, равно 10 см/0,29
мм. Таким образом, можно выбрать размер объекта так, чтобы он
занимал большую часть экрана монитора и находился примерно
в центре экрана. Зная размеры объекта, можно установить его координаты по осям х и у.
Таблица 7.1
62
Тип вариообъектива
М
F мм
2b
Вариограмма
20
46–920
56–3
Сокол
20
29,5–590
43,5–2
J 50*9,5 BIE SupeR 50
50
9,5–475
49,7–1,2
Вариогоир – 16ЦТ
15
12,5–90
68–5
x02, y02
x03, y03
2
3
1
4
x01, y01
x04, y04
Рис. 7.2
2. Выбирается фокусное расстояние, поле зрения телевизионного объектива и расстояние съемки. Для этого, задаваясь F, определяем угол поля зрения по формуле
tgb =
tg ( bmax ) Fmin
F
.
3. Определяем расстояние телевизионной съемки таким образом, чтобы объект с некоторым запасом вписывался бы при данном
расстоянии в плоскость изображения объекта, по формуле
a=
Y0
,
2 tg b
если Y0 >X0, Y0 – размер объекта по вертикали, X0 – размер объекта по горизонтали.
4. Переносим начало новой системы координат в центр объекта.
В новой системе координат задается смещение точки съемки относительно центра системы координат по одной из осей. Смещение
создается последовательно только в одном из направлений (х или
у ). Задаемся смещением по оси y.
5. Определяем угол съемки между осью х и направлением на
центр объекта по формуле
tg ε =
lñì
,
à
где lсм – величина смещения камеры.
63
6. По формулам определяем новые координаты углов объекта
с перспективными искажениями:
ax01
;
a + y01⋅ sin ε
ay01 cos ε
′ =
y01
;
a + y01 sin ε
′ =
x01
ax02
;
a + y02⋅ sin ε
ay02 cos ε
′ =
y02
.
a + y02 sin ε
′ =
x02
′ , y03
′ , x04
′ , y04
′ .
Аналогично вычисляются x03
7. Проводим исследование перспективных искажений при смещении камеры по оси х. Расчеты новых координат углов объекта
находятся по формулам
ax01 cos ε
;
a + x01⋅ sin ε
ay01
′′ =
y01
;
a + x01 sin ε
′′ =
x01
ax02 cos ε
;
a + x02⋅ sin ε
ay02
′′ =
y02
.
a + x02 sin ε
′′ =
x02
′′ , y03
′′ , x04
′′ , y04
′′ .
Аналогично вычисляются x03
8. Зная новые координаты углов объекта на экране монитора,
строим изображение объекта с перспективными искажениями. Целесообразно для сравнения строить фигуру в другом цвете.
9. Построить изображение объекта при смещении точки съемки
по оси х и у, последовательно проводя исследования по п.6 и п.7.
10. Меняя F и вычисляя b, получить новые изображения объектов.
11. Сделать численную оценку величины искажений по формулам:
Ï=
2′
′ − x02
′
x01
= tg δ
′ − y01
′
y02
y′′ − y′′
Ï2′′ = 02 03
′′ − x02
′′
x03
12. Построить графики зависимостей:
Ï2′ = f (lñì );
Ï2′′ = f (lñì ).
Содержание отчета
1. Распечатка программы построения перспективных искажений.
2. Графики зависимостей перспективных искажений второго рода.
3. Результаты работы программы.
64
Контрольные вопросы
1. Причины возникновения перспективных искажений.
2. Виды перспективных искажений.
3. Объяснить программу моделирования перспективных искажений.
Рекомендуемая литература
1. Бабенко В. С. Оптика телевизионных устройств. М.: Радио и
связь, 1982. 256 c.
65
Содержание
Лабораторная работа №1. Исследование амплитудно-частотной
характеристики зрительной системы............................................
3
Лабораторная работа № 2. Исследование храктеристик
зрительной системы человека-оператора
при восприятии цвета.................................................................
9
Лабораторная работа № 3. Исследование инерционности
зрительной системы...................................................................
21
Лабораторная работа № 4. Исследование точности
идентификации при различных методах кодирования....................
28
Лабораторная работа № 5. Изучение методов измерения
параметров сигналов сои телевизионного типа...............................
32
Лабораторная работа № 6. Изучение методов построения
графической информации при растровом способе
формирования изображений........................................................
42
Лабораторная работа № 7. Исследование перспективных
искажений формы объектов при телевизионной съемке...................
60
66
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
4 419 Кб
Теги
smirnova, 01f12101e3
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа