Основы телевидения. Основы телевидения Вариант 1. Кандидат технических наук, доцент В. М. Смирнов должность, уч степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия контрольная работа по дисциплине (Основы телевидения)
 Скачать 188.15 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ОЦЕНКА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ
Санкт-Петербург 2022 Вариант 1 Задание 1. Вывести формулу для определения верхней граничной частоты телевизионного сигнала без учета и с учетом обратных ходов разверток. Пояснить назначение коэффициента Келла. Нарисовать и описать структуру спектра телевизионного сигнала для неподвижного и подвижного изображений. Формулы для определения верхней граничной частоты телевизионного сигнала без учета и с учетом обратных ходов разверток без учета обратных ходов. Знание частоты позволяет определить основное требование к каналу связи-ширину его полосы пропускания. Самая высокая частота телевизионного сигнала получится в том случае, когда изображение представляет из себя чередование темных и светлых минимальных по размеру элементов, т.е. шахматное поле с минимально возможными по размеру клетками. Электрический сигнал, соответствующий такому изображению, имеет вид меандра (прямоугольные импульсы со скважностью q = 2). Обычно считают, что для передачи такого самого высокочастотного сигнала можно ограничиться его первой гармоникой. Тогда  где n – число кадров, передаваемых в секунду, k – формат кадра, Z – число ТВ-строк в кадре, определяющих разрешающую способность СОИ по вертикали, τ -длительность развертки одного элемента изображения С учетом обратных ходов. Потери принято учитывать отношением длительности обратного хода Тсги периоду развертки  - для строчной развертки -для кадровой разверткиПотери за счет обратного хода по кадру приводят к тому, что не все Z строк используются для передачи информации об изображении, т.е. ширина спектра сигнала становится меньше. Потери за счет обратного хода по строке приводят к тому, что и то же самое количество информации об изображении должно быть передано за меньшее время, т.е. ширина спектра сигнала становится больше. Поэтому коэффициент в формуле для верхней граничной частоты, учитывающий потери времени на обратный ход разверток, выглядит так:   Разница полученных значений fmax с уточненным теоретическим значением с учетом обратных ходов (гасящих интервалов) по строке и по кадру fmax ох  где p – коэффициент Кэлла (p = 0,814). Коэффициент Келла. Он определяет отношение между ожидаемым и получаемым разрешением изображения. Им также характеризуется потеря качества при записи и воспроизведении изображения. В среднем, значение Коэффициента Келла составляет 0,76, но разными учеными используется диапазон от 0,64 – 0,85, где значение зависит от типа устройства, и характеристик развертки и преобразований. Проще говоря, сколько бы телевизионных линий видеокамера не имела, воспринимаемое разрешение больше, чем 0,76 от этого значения не будет. (В СОИ дано 0,814) Неподвижное изображение. При чересстрочной развертке существуют значительная взаимная зависимость между видеосигналами в соседних полях и кадрах. Это позволяет считать видеосигнал периодичным с частотой кадровой развертки при передаче изображений неподвижных объектов. Видеосигналу присуща также определенная периодичность с частотой строк в результате высокой степени связи сигналов в соседних строках. С учетом высокой взаимной связи между строками и кадрами можно представить напряжение сигнала как временную функцию с периодом повторения строчной Тс.р. и кадровой Тк.р. разверток. Периодичность видеосигнала при передаче изображений неподвижных объектов является его главной особенностью. Периодическое колебание состоит из суммы постоянной составляющей (частота которой равна нулю) и ряда гармонических (синусоидальных) колебаний. Амплитуда частотных составляющих телевизионного сигнала падает с ростом частоты (номера гармоники). Первая гармоническая составляющая с частотой fк1 = Fкадр = 50 Гц. Далее низкочастотный участок спектра занят гармониками частоты кадровой развертки. Вторая гармоника имеет частоту fк2 = 2Fкадр = 100 Гц. Частота строк (625-я гармоника частоты кадров) и все ее гармоники являются гармониками частоты кадров.  При передаче неподвижных изображений около составляющих спектра гармоник частоты строк fстр группируются боковые спектры, имеющие также вид дискретных линий, кратных частоте кадровой развертки Fкадр (± 50 Гц). В случае однокадровой передачи, когда частота кадров стремится к нулю и спектральные линии сольются, спектр преобразуется в непрерывный.  Наличие в полном (композитном) телевизионном сигнале строчных гасящих и синхронизирующих импульсов увеличивает интенсивность гармоник спектра сигнала, кратных строчной частоте, по их числу и амплитуде. На рисунке спектр видеосигнала представлен схематически. Главной задачей было показать, что амплитуды спектральных составляющих убывают с ростом частоты, причем скорость убывания амплитуд и ширина спектра определяются содержанием изображения. Спектр состоит из «сгустков энергии» (максимумов) на частотах, кратных частоте строк и, расположенных между ними, «нулей» – минимумов. На самом деле максимумов и минимумов в спектре гораздо больше, чем изображено на рисунке. Достаточно сказать, что частоте 1 МГц – соответствует 64-я гармоника частоты строк. Сто двадцать восьмая гармоника частоты строк fс128 = 2 МГц, fс192 = 3 МГц, fс256 = 4 МГц, fс320 = 5 МГц, fс384 = 6 МГц, fс400 = 6,25 МГц. Подвижное изображение. В системах замкнутого телевидения в основном передаются движущиеся изображения, поэтому сигнал последующего кадра будет несколько отличаться от сигнала предыдущего. Считать его чисто периодическим его уже нельзя, следовательно, и его спектр дискретным уже не будет. Дискретные линии спектра неподвижного изображения при движущемся изображении расплывутся в полосы, участки, заполненные сигналом. Это хорошо видно на рисунке. Около каждой дискретной составляющей спектра появляются дополнительные верхняя и нижняя боковые полосы, в результате спектр видеосигнала становится более плотным.  На практике отклонение частоты повторения сигнала от частоты строчной развертки fстр = 15625 Гц составляет всего лишь единицы Гц. При изменении динамики изображения меняется и положение линий спектра. Участки полос сигнала будут тем больше, а пустые промежутки тем меньше, чем выше скорость движения деталей передаваемого объекта. Но даже при сравнительно высоких скоростях, пустые промежутки в спектре сигнала оказываются настолько значительными, что в них можно поместить дополнительную информацию о цветности передаваемых объектов. Речь идет о поднесущей цветности, которая представляет собой радиоимпульс с длительностью 2,25 мкс и несущей частотой 4,4336 МГц. Импульсный характер цветового синхроимпульса определяет то, что его спектр имеет достаточно большую ширину и по форме также является дискретным. На рисунке видно, как сгустки энергии спектра цветового синхроимпульса размещаются в промежутках спектра сигнала яркости. Происходит так называемое переплетение спектров, когда спектры двух сигналов: яркостного сигнала и сигнала цветности занимают общие участки частотной оси, не нарушая при этом выполнения каждым из сигналов своих функций. На рисунке спектр сигнала цветности вынесен, для наглядности, несколько вниз. Главное состоит в том, что все это многообразие частотных составляющих надо при передаче сохранить. Чем больше гармонических составляющих принимает участие в формировании выходного сигнала, тем более точно он соответствует входному, исходному сигналу. Не имеет значения, что более высокочастотные гармоники спектра видеосигнала имеют малые амплитуды. Они и должны быть такими и их значением нельзя пренебрегать. Нельзя запросто ограничить спектр полосой частот в 3 МГц и ждать от системы хорошего распознавания деталей. Скорее всего, такая система позволит очень хорошо отличать только день от ночи. Большинство видеосистем наблюдения имеют ограниченное число видеокамер, необходимая зона видимости перекрывается за счет применения широкоугольных объективов, при этом линейные размеры человека (а именно он в охранном телевидении является интересующим нас объектом) на экране монитора измеряются миллиметрами. Для решения задачи опознавания людей, автомобилей и других специфических объектов, необходимо обеспечить высокую разрешающую способность видеосистемы. На разрешающей способности мы остановимся ниже, а сейчас еще раз отметим, что только в системе с полосой пропускания не менее 6 МГц можно обеспечить потенциально высокое разрешение. При наличии определенного опыта оценить качество видеосигнала можно и с помощью осциллографа. Для этого надо представлять, как влияют частотные искажения на форму строчных синхроимпульсов. Задание 2. Как изменится необходимое число строк разложения на экране с диагональю 100 см при увеличении расстояния наблюдения с двух до пяти метров, формат кадра 16:9. Для повышения четкости телевизионного изображения число элементов разложения следует увеличивать, если расстояние от экрана до зрителя уменьшается. Поэтому при выборе числа строк разложения для телевизионной системы исходят из того, что оно не должно превышать некоторого оптимального значения Z, за пределами которого субъективное увеличение четкости изображения было бы несущественным из-за ограниченной разрешающей способности зрения. Величина оптимального числа строк Z может быть определена из выражения для зависимости расстояния L зрителя от экрана и оптимального числа строк Z при заданном значении угла разрешения γ глаза зрителя:  где h – высота экрана; γ ≈ 2.9∗10–4 рад – принятый угол разрешения для глаза зрителя. Так как известна диагональ экрана D и соотношение сторон, то высота прямоугольного экрана может быть найдена из выражений:   Тогда значение Z при известных остальных переменных можно найти из выше приведенного соотношения:      При увеличении расстояния в 2,5 раза (5/2), оптимально необходимое число строк разложения уменьшилось также на 2,49 раза (841/338). Отсюда видно, что необходимое значение числа строк разложения изображения практически обратно пропорционально расстоянию зрителя от экрана. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||