§ 3.6. Амплитудная характеристика и чувствительность телевизионной системы

Яркостные параметры телевизионного изображения определяются средней яркостью и динамическим диапазоном, зависящим от воспроизводимых в поле изображения максимальной и минимальной яркостей. Количественно динамический диапазон можно охарактеризовать абсолютным контрастом изображения

относительным контрастом либо глубиной модуляции Яркости

Например, полагая максимальный контраст, ограничиваемый зрением, а пороговый контраст в условиях наблюдения по соотношению (2.5) найдем число различимых градаций

В восприятии цветного изображения существенную роль играет цветовой контраст, т. е. различие в восприятии двух цветов. От цветового контраста зависит число различимых цветовых градаций. При этом число градаций по цветовому тону и насыщенности меньше числа градаций по яркости, а число градаций по насыщенности оказывается меньше числа градаций по цветовому тону [9].

Поскольку диапазон изменения яркостей в передаваемом изображении значительно шире диапазона яркостей, воспроизводимых в телевидении, уместен вопрос об оптимальной форме амплитудной характеристики ТВС и ее звеньев.

Аппроксимируя степенными законами возможные нелинейные зависимости сигнала на нагрузочном сопротивлении ФЭП от яркости передаваемого изображения выходного сигнала усилительного канала от входного сигнала и воспроизводимой яркости от сигнала зависимость воспроизводимой яркости

от передаваемой также принимает вид степенной функции. Здесь — коэффициенты передачи ТВС и ее звеньев; показатель степени амплитудной характеристики ТВС, определяемый произведением показателей степени амплитудных характеристик ФЭП, канала связи и преобразователя сигнал — свет соответственно.

Если в данном случае во входном изображении содержатся яркости а в выходном соответственно то, логарифмируя

находим разность

С учетом закона Вебера — Фехнера, устанавливающего связь между приращениями в ощущении и изменениями яркости изображения, приходим к выводу о том, что в случае нелинейности амплитудной характеристики ТВС с постоянным показателем степени приращения в ощущении при восприятии: телевизионного изображения оказываются пропорциональными; приращениям в ощущении при восприятии входного оптического изображения.

Если в соотношении (3.32) принять то яркости элементов передаваемого изображения превышающие максимальную яркость телевизионного изображения воспроизводиться не будут (ломаная линия 1 на рис. 3.14). Если же при принять (прямая 2), то сужение динамического диапазона отражается прежде всего на сокращении числа градаций на участках изображения с повышенной яркостью. В системах черно-белого телевидения этот недостаток может быть частично скомпенсирован нелинейностью амплитудной характеристики системы с (кривая 3 при ). В телевизионном приемнике корректировка воспроизведения градаций яркости достигается независимой регулировкой ручками яркости и контрастности.

Рис. 3.14. Амплитудные характеристики ТВС

С учетом особенности цветового зрения используют трехканальные системы цветного телевидения. При этом каналы трех цветоделенных изображений должны иметь линейные амплитудные характеристики и равные коэффициенты передачи . В противном случае соотношения яркостей цветоделенных изображений на передающей и приемной стороне будут различаться, что приведет к искажениям не только яркости, но и цветности. Для линеаризации амплитудных характеристик ТВС применяют гамма - корректоры, обеспечивающие регулировку амплитудных характеристик каналов цветоделенных изображений на передающей стороне.

Под чувствительностью ТВС обычно понимают величину, обратную минимальной освещенности объекта при которой обеспечивается передача изображения с заданными качественными параметрами. С уменьшением освещенности характеристики телевизионного изображения ухудшаются. Потери в этом случае связаны с ухудшением отношения сигнал - шум, ограничением разрешающей способности системы в пространстве и во времени (инерционностью), увеличением относительного уровня паразитных сигналов и структурных помех, падением контрастности изображения и числа воспроизводимых яркостных и цветовых градаций, искажениями цветопередачи, спектральных характеристик системы и т. п. Однако чаще всего чувствительность оценивается освещенностью, обеспечивающей заданное отношение сигнал - шум.

Повышение чувствительности ТВС достигается использованием ФЭП с накоплением энергии, вторично - электронным умножением сигналов в ФЭП и противошумовой коррекцией входной цепи.