ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ (КООРДИНАТНЫЕ) ИСКАЖЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.2. ПОЛУТОНОВЫЕ (ГРАДАЦИОННЫЕ) ИСКАЖЕНИЯ.

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

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

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

Форма характеристики передачи уровней яркости системы опре­деляется формой световых характеристик фотоэлектрических преоб­разователей свет-сигнал и сигнал-свет, а также формой амплитудной характеристики (АХ) тракта передачи сигнала яркости. Как правило, АХ тракта-передачи ТВ сигнала — зависимость выходного напряже­ния от входного f_вых = f(U_m) выполняется линейной. Поэтому нели­нейные искажения сигнала яркости в тракте передачи сравнительно мало влияют на число воспроизводимых градаций.

Со световыми характеристиками преобразователей дело обстоит сложнее

помимо того, что форма этих характеристик многочислен­ных датчиков ТВ сигнала различна, большое значение имеет и раз­брос характеристик передающих и приемных трубок, так же как и выбор рациональных режимов их работы. Поэтому каждый датчик ТВ сигнала содержит гамма-корректор, форма АХ которого выбирается с учетом номинальной усредненной формы световой (модуляционной) характеристики кинескопов.

Все эти причины создают большие трудности по реализации опти­мальных условий воспроизведения полутонов, число которых сильно зависит и от конкретной индивидуальной настройки режима работы кинескопа (органы управления "Яркость" и "Контрастность" ТВ при­емника).

Так как номинальное число градаций достигает нескольких десятков, то оперативно измерить число воспроизводимых градаций ТВ репродук­ции практически не представляется возможным. Поэтому для ориен­тировочной оценки качества воспроизведения полутонов используют, как правило, 10-градационный клин — горизонтальную шкалу уров­ней (перепадов) яркости от L_min до L_max> каждый элемент которого отличается по яркости от соседнего на несколько пороговых градаций (см. рис. 4.9). В оптических телевизионных испытательных таблицах (ТИТ) используют шкалы с логарифмическим, квадратичным или ли­нейным распределением яркости вдоль шкалы. В электронных ТИТ эта шкала создается с помощью 10-ступенчатого сигнала с

равномер­ными перепадами напряжения ("ступеньками") (рис.2.3,а).

Нелинейные искажения сигнала яркости, возникающие из-за не­линейной формы АХ тракта передачи, также оцениваются с помощью ступенчатого или пилообразного сигнала. Для удобства измерений в этот сигнал вводятся синусоидальные колебания с частотой 1,2 МГц и размахом порядка 10 % от размаха сигнала яркости (рис.2.3,6). На выходе тракта или его участка синусоидальная насадка выделяется полосовым фильтром (рис. 2.3,в).

Рис. 2.3. Испытательные сигналы для формирования шкалы перепадов яркости на эк­ране ТВ приемника Ucl (а) и для измерения нелинейных искажений сигнала яркости Uc2 (б); Uс2вых — синусоидальная насадка, выделенная полосовым фильтром из сигна­ла Uc2 на выходе тракта (в).

Изменение числа воспроизводимых градаций по полю изображе­ния вызывает также неравномерность яркости фона, возникающую из-за специфических искажений в передающих трубках ("черное пят­но») и нарушений работы схем фиксации уровня черного.

Наилучшее качество изображения получают установкой (методом последовательных приближений) оптимальных значений яркости и контрастности изображения на экране кинескопа так, чтобы добиться максимально возможного числа различимых глазом уровней яркости градационной шкалы (см. рис.2.6). При разрешении 8...9 градаций яркости шкалы качество ТВ изображения считается хорошим.