Вопросы адаптации датчиков цветного телевидения к изменяющимся характеристикам освещения передаваемой сцены

Научно-техническая революция оказала существенное влияние на швитие телевизионной техники. И хотя отечественное глевизионное вещание имеет только^{о-летнюю} историю, оно про10 в трудные послевоенные годы путь от первых передач черно-бе)го изображения с невысокой разрешающей способностью до цветных федач с высоким качеством изображения. В настоящее время прогшмы Центрального телевидения полностью цветные, свыше J0 телештров ведут регулярные передачи своих цветных телепрограмм. Те-. шизионным вещанием теперь охвачена почти вся территория нашей? раны. Директивами ХХУ1съезда КПСС предусмотрен дальнейший рост) ъемов и повьш1ения качества телевизионного вещания как в плане^{ейно-политическом,} так и в техническом. Количественный и качественный скачок в телевизионном вещании) ебует увеличения объема и замены устаревшего оборудования, более)0грессивных методов создания и выдачи программ. От состоянияхнической базы телевидения зависит во многом и идёйно-художестjHHoe качество вещания. Работа камеры ЦТВ в таком режиме удовлетворительна только для: ловий студийного павильона или аналогичных ему, где источники юта всегда одни и те же, т. е. имеют равное распределение энергии «спектру, и при необходимости могут быть скорректированы под) ебуемую цветовую температуру. В условиях внестудийного вещания ютовая температура источников освещения может изменяться в весьL широких пределах — от 2000 до 20 000 К. И это обстоятельство) актически не позволяет произвести точную цветокоррекцию с нощью светофильтров. _ 7 > Доля внестудийных передач в общем объеме ТВ вещания занимает) 10^, имея тенденцию к увеличению. Внестудийное ТВ вещание) еспечивается с помощью передвижных телевизионных станций (ПТС), зтомобильных и неавтомобильных репортажных ТВ установок (АРТУ). ге разработки различных моделей ПТС всегда осуществлялись на ба5 технических средств для студийного вещания. Появление перед1ЖНЫХ станций ввдеозаписи (ПВС) позволило расширить радиус дей[?вия ПТС, так как имеющаяся на ПТС радиолиния ограничивает этот здиус до 10 4- 15 км, да и в современных городах с высотньми зда^ями провести пряь^^ передачу с ПТС зачастую невозможно. В последнее время в технологии ТВ вещания появилось новое шравление — видеожурналистика ВЖ). Для ВЖ разработано специаль) е оборудование, — широко используются автономные комплекты легкие носимые ТВ камеры с портативными видеомагнитофонами), зреносные радиолинии, маневренные небольшие ПТС. Камеры для ВЖ -1абжены автоматическими регулировками, позволяющими упростить эоцесс настройки и поддерживать качественные показатели длиэльное время в различных климатических условиях. Однако только о^ на из серийно выпускаемых камер за рубежом типа LDK- 14 фир1 PnlcipS [112J имеет линейный цветокорректор цветовой темзратуры. Отечественная репортажная камера КТ — 302 Р 144] соэржит, как и традиционные камеры ПТС, набор сменных светофильтэв. Таким образом, вопросы цветокоррекции ТВ изображения при зменении цветовой температуры освещения и техническая реализация орректоров не нашли должного отражения в ТВ камерах как в СССР, ак и за рубежом. Поэтог^ проблег^ коррекции цветовых искажений, озникающих в ТВ изображениях из-за изменения Т источников ос- 8 эщания, следует считать своевременной и валсной, так как по осЕшьным параметрам достигнут значительный прогресс. При этом коррекцию следует осуществлять автоматически (либо элуавтоматически), т. е. камера должна обладать адаптивностью. эд адаптивной системой в данном случае понимается система, главэй чертой которой является изменение параметров цветокорректора а, ким образом, что обеспечивается автоматическое слежение системы а, изменениями цветовой температуры источников освещения, позвотощее получить минимальные искажения передаваемых цветов объекта. Рассмотрению теоретических вопросов, предшествующих созданию 1К0Й адаптивной системы, разработке и исследованию эксперимен ального макета цветокорректора посвящена данная диссертационная лбота. Работа состоит из пяти глав и приложения. Научная новизна работы заключена в следующем. Автором, на шове проведённого анализа, разработана классификация способов) ррекции, позволяющих компенсировать изменения цветовой темперафы (Т) источников освещения передаваемой сцены и влияния рих изменений на цветопередачу камер цветного телевидения (ЦТВ). рорцулированы требования к телевизионному измерителю цветовой эмпературы (ЩТ) и составлена его структурная схема. Проведён эавнительный анализ качества цветокоррекции двзшя способами, штыми из разработанной классификации. Для камер ЦТВ, имеющих в зоём составе корректоры несовершенства спектральных характерно IK чувствительности, показано преимущество использования способа ютокоррекции, устанавливающего баланс цветоделённых сигна) в камеры на цветности освещения передаваемой сцены, что позвоleT компенсировать влияние на цветопередачу изменений Т в — 9 роких пределах. Получены выражения для коэффициентов передачи гналов такого цветокорректора в функции от Т для камер ЦТВ стемы NloL и ГОСТ 7845–79 — составлена структурная схема этокорректора. Проведён анализ качества цветокоррекции оптимальным линейным гричным цветокорректором, включаемьм в ЦТВ тракт до ^ - корFCTopa, с помощью полученного в работе вьфажения, связывающего зднюю величину ошибки цветовоспроизведения для ряда контрольных зтов с элементами матрицы цветокорректора и цветовой температу» л источника освещения. Расчётами на ЭВМ типа БЭСМ-б получены а, чения элементов матрицы, дающие минимальную величину ошибки этовоспроизведения для Т в диапазоне изменения от 2360 К до 300 К. Качество цветокоррекции удовлетворяет современным требо1ИЯМ и подтверждено на экспериментальной аппаратуре, разрабо шой автором на Новосибирском радиотелецентре. Аппаратура поз 1яет автоматизировать процесс цветокоррекции. Основные положения, которые выносятся на защиту, следующие. Эффективным и достаточно качественным методом коррекции, устраним влияние изменений цветовой температуры источников освеще[ передаваемой сцены на цветопередачу камер ЦТВ, имеющих в свосоставе корректоры несовершенства спектральных характеристик ютвительности, является метод коррекции, базирующийся на полу[ных в работе выражениях и позволяющий автоматически устанавлиъ баланс цветоделённых сигналов камер на цветности преобладаю'0 источника освещения. Эффективным и высококачественным методом коррекции, корректищим одновременно несовершенство спектральных характеристик — 10 /вствительности камер ЦТВ и устраняющим влияние изменений цвето) й температуры источников освещения передаваемой сцены на цветоэредачу этих камер, является метод коррекции с помощью оптимальное линейных матриц, рассчитанных по предложенной в работе метоше и автоматически перестраиваемых в зависимости от цветовой змпературы освещения.. Осуществление коррекции, компенсирующей влияние изменения зетовой температуры источников освещения передаваемой сцены на зетопередачу камер ЦТВ, невозможно без применения специально э. зработанных измерителей Т, удовлетворяющих требованиям цветэго телевидения, сформулированным в работе — такие измерители эЗволяют автоматизировать процесс цветокоррекции и создать адапярующуюся к освещению цветную телевизионную систему. — II ава I. Освещение в условиях передвижной телевизионной станции ПТС, 1.1. Спектральный состав света. По творческим замыслам постановочного коллектива студии тевидения камеры ПТС работают не только днём, но и утром, вече м и даже ночью, иоэтощ необходимо знать спектральный состав евного света во всех фазах солнца над горизонтом. Суммарное освещение горизонтальной поверхности, как это ервые было установлено советским астрономом Г. А. Тиховым [ij, ставленное из света солнца и света небосвода, по своему спек альному составу остаётся практически постоянным в продолжение его дня и в течение года, за исключением первых часа — полтора еле восхода солнца и последние час — полтора перед заходом, когспектральный состав света резко меняется. Спектральное рас- 12 еделение суммарного, прямого и рассеянного света 121 для' выявния качественной картины можно аппроксимировать и представить в де, аналогичном III .На рис. 1.1.1 схематически изображено спектральное распределее света: в околополуденные часы (а), в вечерние часы (б), в едзакатные часы (в), в начале заката (г), в середине заката (д), конце заката (е). При этом I — суммарный свет, 2 — прямой свет вет солнца), 3 — рассеянный свет (свет небосвода).Спектральный состав света при пасмурном небе мало изменяется высотой солнца I 21 и его распределение в этом случае можно схе-тически изобразить кривой 3 для рассеянного света. Постоянство [ектрального состава суммарного света, к сожалению, вьщерживается ! очень точно. Солнечные лучи, проходя через атмосферу, частично всеиваются, меняют свое направление и тем самым распространяются I все стороны. Слой воздуха, расположенный между камерой ТВ иаленными предметами, также рассеивает солнечные лучи. Рассеянный •здухом свет будет складываться со светом, отраженным удаленными) едметами, и воздушную дьмку можно считать таким же источником юта, как небо. Спектральная характеристика света воздушной дьмки [ень близка к характеристике голубого неба. При загрязнении воз1са пылью или при повьш1енном содержании влаги в нем возрастает [тенсивность рассеянного излучения дымки и очень значительно изшяется спектральная характеристика такой дымки. В зависимости от 5ЛИЧИНЫ и характера загрязняющих воздух частиц, свет дьмки может сняться от сине-голубого до белого и желтого со множеством проме'" точных оттенков. Искусственные источники света применяются для освещения не лько в закрытых помещениях, но и на натуре в темное время суток в солнечный день (для подсветки теней). Все источники искусст иного света разделяются: на лампы накаливания — лампы ксеноновые, пульсные и дуговые — ртутные лампы с йодидами, люминесцентные мпы. Спектральное распределение энергии излучения искусственных точников света изменяется в широких пределах, что иллюстрируется сунком I.I.2, на котором представлены стандартные источники излуния МКО и ряд других тепловых излучений, а рисунком I.I.3 — люнесцентных ламп.

5.6. Выводы по главе У.

Обобщая изложенное выше, можно сделать следующие выводы:. Разработанная структурная схема устройства коррекции цветовой емпературы источников освещения удовлетворяет условиям работы амер ПТС. В соответствии со структурной схемой УКЦТИО разработа-ы принципиальные электрические схемы всех блоков.. Принятый фотоэлектрический способ измерения координат цвета, а экране кинескопа позволяет проводить такие измерения в уело-иях Радиотелецентра без использования дорогостоящих и дефицитах колориметров. Разработанная методика расчёта и электрическая схема блока эрректирующих матриц БКМ позволяет использовать этот корректор любым типом ЦТВ камер. Экспериментальная проверка блока ШМ в условиях студии с каме-эй KT-II6 М подтвердила теоретические расчёты и выводы. Устрой-рво принято для внедрения на РТЦ.

АКТ о внедрении в эксплуатацию устройства цветокоррекции УКЦТИО — I.

Устройство коррекции цветовой температуры источников освеще-[ УКЦТИО — I (первый вариант) разработано начальником лабора->ии Новосибирского Радиотелецентра т. Распутиным В. Г. в >цессе работы над диссертацией «Вопросы адаптации датчиков >тного телевидения к изменяющимся характеристикам освещения сдаваемой сцены Изготовлено устройство этой же лабораторией. | прошло экспериментальную проверку и опытную эксплуатацию в ний период 1981 года на передвижной ТВ станции типа и Лотос «амерами КТ — 116 М. Опытная эксплуатация подтвердила эффекность работы цветокорректора — качество цветопередачи камер — 116 М при включении цветокорректора заметно улучшалось и держивалось высоким в течении всего сеанса передачи. Однако стойчивая работа системы автоматической регулировки освещён-ти АРО на мишенях трубок камер КТ — 116 М, входящих в комплект не позволяет полностью реализовать возможности цветокоррек-а УКЦТИО. По этой причине на базе УКЦТИО — I в настоящее вре-разрабатывается второй вариант устройства, включающего и тему АРО, что не меняет структуры самого цветокорректора.. ас.'/, 4V.

Хлав^^енер г. И. Пятков 1Д Начальник' цеха ПТС -^ В. И. Духовников апреля 1982 г. Новосибирск.

АКТ о. внедрении в эксплуатацию фотоэлектрического колориметра на базе цветного кинескопа.

Фотоэлектрический колориметр на базе цветного кинескопа, азработанный и изготовленный начальником лаборатории Новоси-ирского Радиотелецентра т. Распутиным В. Г., находится в ксплуатации в телекомплексе РТЦ с 1981 года. Наличие этого олориметра позволяет дать объективную оценку качеству цвето-ередачи камер KT-II6 М и KT-I32, которыми оснащён РТЦ. олориметр прост в обращении и легко осваивается техперсоналом. Л? U3B0н с CJ-—.

ФГл?шнйзЬ)женер РТЦ Qteoecaf Г. И. Пятков.

Р/6Щ щ / Начальник. телекомплекса — Э. П. Булдаков ч" ' ^-'i ' ' у С «б апреля 1982 г.. Новосибирск.

Заключение

.

Цветное телевизионное вещание осуществляется в условиях осве-ния сценической площадки как искусственными, так и естественными точниками света. Спектральный состав света, особенно в условиях тественного (солнечного) освещения, подвержен значительным из-нениям. Искажения цветопередачи камер (датчиков), возникающие педствии изменения спектрального состава освещения, как показано настоящей работе, достигают недопустимо больших значений. Это стоятельство заставляет искать пути уменьшения возникающих ис-кений, т. е. корректировать их. В работе рассмотрены условия ос-цения, характерные для камер ПТС. Показана связь спектрального зтава света с цветовой температурой и на основе этой связи рас-этрены способы и приборы для измерения цветовой температуры, эдложена структурная схема телевизионного измерителя цветовой лпературы, апробированная экспериментально.

Проведённый анализ гипотез и теорий цветовой адаптации глаза сазал непригодность их для воплощения в технических средствах. >ранный, проанализированный и обобщённый материал по техническим зсобам коррекции, компенсирующих изменения спектрального состава $ещения и влияния этих изменений на цветопередачу ТВ камер, поз-шл составить классификацию этих способов. Ни один из этих споров до настоящего времени не применяется в серийном оборудова-t ЦТВ камер. На основе предложенной классификации выявлены пер-жтивные способы, которые и были подробно проанализированы. В ре-[ьтате было показано преимущество способа коррекции изменением 'ффициента передачи цветоделённых каналов камеры в функции цве-юй температуры источника освещения. Получены соответствующие ематические зависимости, по которым можно поставить технические ребования к разработке функциональных устройств. Составлены и руктурные схемы устройств коррекции, применение которых целесо-разно в камерах, имеющих уже в своём составе корректоры спек-альных характеристик чувствительности. Однако коррекцию, комнсирующую влияние изменения спектрального состава освещения, и ррекцию, устраняющую несовершенство спектральных характеристик вствительности камеры, возможно совместить в одном устройстве, этой причине в работе произведён анализ матричной цветокоррек-и. Получено выражение для средней суммарной ошибки цветопереда-в функции от элементов цветокорректирующей матрицы. Сос-влены программы расчёта матриц и проведён анализ на ЭВМ БЭСМ-6 получение минимального значения А/7^. Найденные значения эментов матриц для различных Тц позволили рассчитать номиналы зисторов матриц.

Разработаны структурная и принципиальные электрические схемы рройства коррекции цветовой температуры источников освещения дао, содержащие в своём составе блок корректирующих матриц БКМ. эведённая экспериментальная проверка качества цветокоррекции на рановке, созданной на базе камеры KT-II6 М, показала хорошее шадение с теоретическими расчётами и выводами. БКМ может ис -[ьзоватьея в качестве самостоятельного узла с любой ЦТВ камерой? ём замены в нём платы коэффициентов ПК.

Теоретические исследования и предложенные схемы — УКЦТИО по-сены в основу устройства, внедрённого на Новосибирском Радиотеатре в составе ПТС — ЦТ «Лотос.

В процессе работы над диссертацией об отдельных завершённых лах публиковались статьи и докладывалось на конференциях и инаре.