книги / Микропроцессоры в телевидении

оремы Найквиста, по которой наивысшая (предельная) простран» ственная частота [161]

Часто, особенно в условиях репортажных передач, ТВ камеру перемещают в пространстве. Перемещение изображения относи­ тельно приемника излучения приводит к снижению уровня ФПМ последнего. Это снижение можно оценить функцией, найденной путем преобразования Фурье функции распределения чувстви­ тельности элементов приемника при перемещении по ним изображения, формируемого объективом. Например, для приемника с двухмерной прямоугольной функцией чувствительности из-за движения изображения функция снижения уровня ФПМ

где Д*, Ay — расстояния, пройденные точкой изображения по по­ верхности за время накопления энергии U чувствительными эле­ ментами в направлениях х н у .

где v — скорость движения изображения С2 по поверхности; a — угол между направлением движения изображения и осью х.

При гармонических колебаниях изображения С2 Дх=

баний.

Для электронного тракта ФПМ формируется из ФПМ преду­ силителей, усилителей, корректирующих цепей и систем обработ­ ки видеосигнала. Одиночный электрический фильтр или после­ довательность из таких фильтров можно приближенно предста­ вить комбинацией фильтров трех типов нижних и верхних частот, а также высокочастотных. На рис. 7.8 приведены схемы этих фильтров. Функции передачи модуляции электрических фильт­ ров [160]:

Рис. 7.8. Схемы фильтров нижних л высоких частот; их характеристические частоты:

л . б - 1/2ЯПС; а - 42RtC

171

электронного тракта равна единице в пределах полосы, в которой завалы частотной характеристики приемника излучения компен­ сируются корректирующими цепями. Частотная характеристика приемников, обусловленная временем накопления, напоминает характеристику однозвенного #С-фильтра нижних частот с харак­ теристической частотой N t= \/2ntH.

Кинескоп телевизора достаточно точно описывается ФПМ га­ уссовской формы с величиной сг, связанной с расстоянием между

Таким образом, перемножив ФПМ отдельных звеньев ТВ сис­ темы, получим ФПМ телевизионной системы в целом.

Приемником информации от ТВ систем является человек. Его необходимо рассматривать как отдельное звено, обладающее психофизиологическими особенностями восприятия изображений. Выбирать параметры телевизионных систем, в частности ФПМ, необходимо с учетом этих особенностей в зависимости от типа, характера и сложности задачи. Тот факт, что зрительное воспри­ ятие осуществляется мозгом человека, требует учета механиз­ мов этого восприятия. Как показано в [23], для этого необходимо-

зрения часто принимают линейным, а зрительный анализатор опе­ ратора описывают, используя ФПМ и аппарат линейной фильт­ рации [18, 32, 160].

При неподвижном изображении ФПМ зрительного анализато­

при 0 ;< М < 0,2 мрад-1 7 а.а(А0 = ЗЛГ+ехр(-0,08п2о2) - 0 ,6 . (7.13>

Среднеквадратическое отклонение функции рассеяния линии связано с предельно разрешаемой пространственной частотой пря­ моугольной миры соотношением [150]

При движении изображения С4 ФПМ зрительного анализа­ тора, как и всех инерционных приемников излучения, снижается.

172

функция снижения ФПМ зрительного анализатора может быть найдена по (7.6).

Рассмотрим процесс формирования предъявляемого ТВ зри­ телю изображения С4. Это изображение можно описать, исполь­ зуя пространственно-спектральные представления. Согласно тео­ рии разложения функций в ряд Фурье любое изображение может быть разбито на бесконечное число структур, представляющих собой решетки с косинусообразиым (синусообразным) распреде­ лением светимостей. Если известно распределение светимостей в изображении (С4) элементарных решеток (пространственный спектр), то можно путем сложения этих светимостей (при некоге­

Однако достичь этого практически невозможно. Реальные ТВ сис­ темы, предназначенные для решения задач, требуют обеспечения и разного отношения s'(N)ls(N), т. е. в зависимости от задачи требования к ФПМ системы должны быть разными. Нельзя соз­ дать ТВ систему, оптимальную для всех случаев жизни. Поэтому при выборе ФПМ необходимо учитывать задачу, для решения которой предназначена данная ТВ система.

Рассмотрим порядок выбора ФПМ для медицинских систем телевизионной микроскопии. Применение ТВ микроскопии особенно эффективно, когда требу­ ется просмотреть тысячи проб, т. е. при массовых обследованиях. Главными трудностями и особенностями решения такой задачи является недопустимость пропуска ни на одном из предъявляемых изображений заданного микроскопи­ ческого объекта (микроба, бактерии и т. п.) в условиях, когда в поле зрения находится весьма большое (до нескольких сотен) число схожих по внешнему виду других микрообъектов, а также необходимо снижать время поиска для проведения в разумные сроки требуемого большого числа анализов. Аналогич­ ные задачи н трудности возникают при телевизионной микроскопии крови.

С этой точки зрения алгоритм выбора ФПМ может быть следующим. Ста­ вится задача, в которой формулируется, для достижения каких целей предназ­ начена аппаратура. Отсюда определяются эталонные (стандартные) изображе­ ния С2 микрообъектов, которые должны быть переданы с помощью ТВ микро­ скопической системы. Эти эталонные изображения должны быть выделены ла­ борантом в поле зрения или, другими словами, обнаружены на экране ВСУ. Большое влияние на время выделения эталонных изображений оказывает ха­

173

характеризовать пространственными спектрами s* t{N). В свою очередь и эта­ лонные изображения характеризуются пространственными спектрами so<(^)-

Исходя из задач выбирают исходные характеристики ее звеньев: объекти­ ва, приемника излучения, ВСУ. По характеристикам выбранных элементов вы­ числяют ФПМ этих элементов и ФПМ телевизионной системы в целом TC(N).

Условия, в которых человек воспринимает телевизионное изо­ бражение С4, по освещенности, наличию движений и колебаний изображения С2 позволяют рассчитать ФПМ зрительного анали­ затора Ta.u(N) оператора с их учетом.

Вычислив исходную ФПМ ТВ системы, ФПМ зрительного анализатора, можно найти общую ФПМ системы «ТВ система — зрительный анализатор» которая будет определять каче­ ство изображения С4.

Имея эталонные пространственные спектры изображений С2 объектов S o i ( N ) и пространственные спектры фонообразований (участков сцены) s$i{N), а также общую ФПМ Ts(N), молено определить преобразованные пространственные спектры изобра­ жений С2 s'oi(N) и s^i(N ). По исходным и преобразованным пространственным спектрам молено определить слоленость поис­ ка эталонного изображения С2 объекта на фоне других изобра­ жений в конкретной сцене. Сложность поиска молено оценить

критерием

оо

—коэффициент сходства преобразованного эталонного изображе­ ния С2 с преобразованными изображениями С2 фонообразова­ ний, где V (Nx, Nv) —весовая функция влияния составляющих про­ странственного спектра на субъективное восприятие сходства изо­ бражений (С1, С2, С4).

Критерий сложности поиска К связан с законами распределе­ ния времени поиска t следующим образом:

174

где /осн=аК — математическое ожидание времени обнаружения ыикрообъектов;

Величины а, р и у зависят от стоящей перед оператором за­ дачи, и для случая, если он знает, что эталонный микрообъект обязательно находится на изображениях С4, С1 всей сцены, зна­ чения этих величин будут: а =0,0073; р=0,84; у=0,32.

Рис. 7.9. Алгоритм выбора ФПМ ТВ систем

175

Эталонное изображение С4 на экране ВСУ всегда претерпева­ ет какие-либо искажения. Поэтому важно знать вероятность рас­ познавания искаженных изображений С4 из алфавита эталонных изображений С4. Эта вероятность может быть вычислена по сле­ дующим формулам:

ства объекта алфавита, для которого определяется коэффициент сложности алфавита, с другими объектами этого алфавита. Вы­ числяются по формуле, аналогичной (7.18).

Таким образом, вероятность обнаружения изображений микро-

Для решения поставленной задачи необходимо обеспечить тре­ буемую высокую вероятность обнаружения микрообъектов. По­

анализируют причины получения вероятности обнаружения ниже заданной, анализируют влияние отдельных звеньев ТВ системы на общую ФПМ аппаратуры, вырабатывают пути и корректируют характеристики звеньев ТВ микроскопа. Затем вновь рассчиты­ вают РОбн(0 и вновь анализируют результаты расчета. Данные действия проводятся до момента, когда А>бн (0 ^=^тробн(0- Этот алгоритм выбора ФПМ ТВ систем приведен на рис. 7.9. Если это условие не выполняется ни при каких реализуемых ФПМ аппа­ ратуры, делается вывод о невозможности решения данной задачи с требуемой эффективностью.

Выбирают параметры по приведенному алгоритму последова­ тельными итерациями. Исходную (корректируемую) ФПМ ТВ системы выбирают на основе предлагаемой исходной структуры схемы ТВ системы. Все этапы выбора ФПМ ТВ системы могут быть автоматизированы. Итерационный характер определения ФПМ хорошо решается с помощью МП систем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Новаковский С. В. Цвет в цветном телевидении. — М.: Радио и связь, 1988. — 288 с.

2.Микропроцессорная техника/Е. В. Армейский; Г. В. Зеленко, В. В. Панов,

С.Н. Попов. — М.: Воениздат, 1986.— 111 с.

3.Техника цветного телевидения/Под ред. С. В. Новаковского. — М.: Связь, 1976. — 496 с.

176

4.Крыжановский В. Д., Костыков Ю. В. Телевидение цветное ичерно-белое — М-: Связь, 1980. — 336 с.

Э. И. Гитиеа. — М.: Энсргоатомиздат, 1987.— 183 с.

7.Балашов Е. П., Пузанков Д. В. Микропроцессоры и микропроцессорные

системы, — М.: Радио и связь, J981. —328 с.

10.Золотник Е. М. Секционированные микропроцессоры/Под ред. О. II. Семе­ нова.— Минск: Наука и техника, 1984.— 191 с,

11.Голдсуорт Б. Проектирование цифровых логических устройств; Пер. с англ. — М.: Машиностроение, 1985.—288 с.

15.Нестерук В. Ф., Ефимов С. С. Машинный анализ микропроцессорных сис­ тем.— Омск: ОПИ, 1980. — 80 с.

16.Собкин Б. JI. Математические модели микропроцессорных аналого-цифро­ вых устройств в САПР//Проблемы создания преобразователей формы ин­ формации. Тезисы докладов V Всесоюзного симпозиума. Ч. I, —Киев: Нау­ мова думка, 1984. — С. 91—94.

17.Персональные компыотеры//Информатика для всех. Сер. Кибернетика — неограниченные возможности и возможные ограничения. — М.: Наука, 1987. — 149 с.

18.Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ./11од ред. Д. С. Лебедева. — М.: Мир, 1982. — 678 с.

19.Василенко Г. И., Тараторин А. М. Восстановление изображений. — М.: Ра­ дио и связь, 1986.— 304 с.

20.Мирошников М. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов.—

Л.: Машиностроение, 1983. —696 с.

21.Мирошников М. М., Нестерук В. Ф., Порфирьева Н. Н. Иконика и обра­ ботка изображеш!й//Оптико-механическая промышленность. — 1978. —№ 12.

—С. 1—5.

22.Гражданников Е. Д. Метод построения системной классификации наук.— Новосибирск: Наука, 1987. — 120 с.

23.Глезер В. Д. Зрсиие и мышление. —Л.: Наука, 1985. —246 с.

С. 801—803.

27.Исследования по одновременному и последовательному контрасту/Н. Т. Федоров, М. А. Юрьев, В. В. Скляревич и др.//Проблеыы физиологической оптики.— 1948. — Т. 6 . — С. 15—32.

28. Кравков С. В. Цветовое зрение. — М.: Изд-во АН СССР, 1951, — 176 с.

29.Зусманопич В. М. Свет и цвет в телевидении. — М—Л.: Энергия, 1964.— 208 с.

30.Максимов В. В. Трансформация цвета при изменении освещения. —М.: Наука, 1984.— 160 с.

31.Джад Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике: Пер. с англ.—М.: Мир, 1978. — 592 с.

32.Узнлевский В. А. Передача, обработка и воспроизведение цветных изобра­ жений.— М.: Радио и связь, 1981. — 216 с.

177

33. Саударгене Д., Цитварас Р. Ассимиляция оппонентных цветов//Зрение ор­

34. Шмаков П. В., Колин К. Т., Джаконня В. Е. Стереотелевидение (черно­ белое и цветное)/Под ред. П. В. Шмакова. — М.: Связь, 1968. — 208 с.

35.Лобанов А. Н., Журкин И. Г. Автоматизация фотограмметрических про­ цессов.— М.: Недра, 1980. — 240 с.

36.Пятраускас В. П., Милдажис В. К. Воздействие адаптации на воспрятие глубины//3рение организмов и роботов. Тезисы докладов Всесоюзного сим­

позиума. — Вильнюс: В Г У , 198^ — 464 с.

37.Кушпиль В. И., Веселова Е. К- Классификация задач визуального наблгадения//Иконика. Зрительное восприятие изображении. Труды ГОИ. — 1984.

75 с.

40.МККР. Метод субъективной оценки качества телевизионных изображений. Рекомендация 500-I.XIV Пленарная Ассамблея (Киото, 1978).

41.МККР. Субъективная оценка качества телевизионных изображений отчет 405-2, XIV Пленарная Ассамблея (Киото, 1978).

42.Andrews Н. C.f Tescher A. G., Kryger R. Р. Image processing by digital computer//IEEE Spectrum. — 1972. — July. — P. 9,7,20—32.

43.Hall E. L. Almost uniform distribution for computer image enhancement//

.45. Пат. 4079423 (США). Твердотельное устройство снижения уровня шумов на изображенин/Дих Макс X.

46.Катыс Г. П. Объемное и квазиобъемное представления информации. — М.: Энергия, 1975. — 368 с.

.47. Пат. 4153912 (США). Способ и устройство для улучшения разрешающей способности цветной ТВ камеры на ПЗС/Голд Натан.

48.Юэн Ч., Бичем К., Робинсон Дж. Микропроцессорные системы и их при­ менение при обработке сигналов: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1986. —

296 с.

49.Хармут X. Ф. Передача информации ортогональными функциями: Пер. о

англ. — М.: Связь, 1975, — 1Э1 с.

50.Специализированные микропроцессоры, реализующие быстрые преобразования/В. С. Ракошиц, А. В. Козлов, И. А. Можаев и др.//Цифровая обра­ ботка сигналов и ее применение. — М.: Наука, 1981. — 215 с.

51.Мегсегеап R. M.f Openheim А. V. Digital reconstruction of multitimensional signals from treir projections//Proc. IEEE. — 1974. — V. 62. — P. 1319—1338.

52.Катыс Г. П. Оптические информационные системы роботов-манипуляторов/

Под ред. Б. Н. Петрова. — М.: Машиностроение.— 1977. — 272 с.

53.Цифровое кодирование телевизионных изображений./Под ред. И. И. Цуккермана, — М.: Радио и связь, 1981. — 240 с.

54.Лисенков Б. Н., Дубровский Л. Б. Быстродействующий цифроаналоговый

преобразователь//Приборы и техника эксперимента. — 1984. — № 1 . —

55.Ефремов В. Я. Простой 16-разрядиый ЦАП//Техннка кино и телевидения.

— 1987. — № 12.- С . 15-20.

56.Бедрековскнй М. А., Волга В. В., Кручинкин Н. С. Микропроцессоры.— М.: Радио и связь, 1981. — 96 с.

57.Сардыко С. В. Цифровое кодирование телевизионных изображений мето­

дом группового кодирования с линейным предсказанием/Дехника средств связи. Сер. Техника телевидения. — 1977. — Вып. 4, — С. 71—78.

178

58.Ватанабе С. Разложение Карунена — Лоэва и факторный анализ//Автоматнческнй анализ сложных изображений. Сб. переводов/Под ред. Э. М. Бравермаиа.— М.: Мир, 1969. — С. 254—275.

63.Щелкунов H. H., Дианов А. П. Микропроцессорные средства и системы.— М.: Радио и связь, 1989. — 287 с.

64.Соботка 3., Стары Я. Микропроцессорные системы: Пер. с немецк. —М.: Энергоатомнздат, 1981. — 496 с.

65.Угрюмое Е. П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. —М.: Высшая школа, 1987. — 264 с.

66. Сардыко С. В., Цукксрман И. И. Групповое кодирование ТВ изображений// Техника кино н телевидения. — 1977. —№ 9. —С. 52—54.

67. Сардыко С. В. Разложение фрагментов изображений при групповом кодированин//Тсхника средств связи. Сер. Техника телевидения. — 1978. — № 4.

— С. 27—31.

68. Куликов С. А., Сардыко С. В. Сокращение психовизуальной и статисти­ ческой избыточности ТВ изображений при аддитивном групповом кодированин//Техника кино и телевидения. — 1987. —№ 10. — С. 25—29.

69.Микроэлектронные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи//Б. Г. Федорков и др. — М.: Радио и связь. — 1984.

70.Аналоговые и цифровые микросхемы//Под ред. С. В. Якубовского. —М.: Сов. радио. 1979. — 335 с.

71.Панфилов Д. И.г Шаронин С. Г., Яковлев С. Е, Сопряжение ЦАП и АЦП

смикропроцессорными системами//Микропроцессорные средства и систе­ мы.— 1988,— № 1, — С. 14—19.

72.Измаилов Ч. А., Соколов Е. Н., Черноризов А. М. Психофизиология цвето­ вого зрения. — М.: Изд-во МГУ, 1989, —206 с.

73.Sasaki М., Fujita M.t Makino S. One-shipconlrolled voltage synthesizer TV

tuning system//IEEE Trans. Consum. Electron. — 1978. —V. 24, N 1. — P.

57-67.

74.Пат. 4447826 (США). Digital television receiver automatic chroma control system RCA Corp./JLewis Henry G. Jr., Eliscu Steven M.

75.Пат. 2379959 (Франция). Circuit de commande de recepteur der television [Indesit Industria Elettrodomestici Italiana S. P. A.).

76.Малютин Ю. M., Экало А. В. Применение ЭВМ для решения задач иден­ тификации объектов. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. —256 с.

77.Микропроцессорные системы автоматического управления: Под ред. В. А.

78.Микропроцессорные средства обработки и отображения информации в сис­ темах управления и связи: Под ред. И. Е. Соловейчика. —М.: Радио и

79. Пекин А., Солнцев Ю. Играем в «ралли»//Радио. — 1988. —№ 5. —С. 30— 33.

80.Майоров В. Г., Гаврилов А. И. Практический курс программирования мик­ ропроцессорных систем. — М.: Машиностроение, 1989. — 271 с.

81.Гладченко В. Г. Программная реализация часов временн/Дехника кино и телевидения.— 1984. — № 10. — С. 63—64.

82.Долина Л. В., Циганков В. А. Программируемый ТВ синхрогенератор// Техника кино и телевидения.— 1984. —№ 9. — С. 29—31.

83.Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. —М.: Радио и связь, 1989. — 439 с.

179