Быков Р.Е. Теоретические основы телевидения (1998) (1142168), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Геверациовво-рекомбввациомвые шумы проявляются а полупроводниковых преобразователях (матрицы фотодиодов, ПЗС и др.). Тепловые шумы входвых цепей усилителей сигналов изображеввя домивируют вад другими в преобразователях с высоким ввугревиим сопротивлением в малой величивой выходного сигнала (видиков, плюмбвхов). Наряду с указаввыми в ряде случаев приходится считаться со сценическими помехами, таквмв, как шумы переноса зарядов в П -структурах, шумы квантования сигвала взображевия и др.
В качестве прймера рассмотрим противошумовую коррекпдю, используемую в тех случаях, хогда помехи, возвикающве во входвых целях усилительного кайала, достаточво велики по сравнению с шумами, генерируемыми преобразователем. Такая коррекция с успехом применяется лрв вспользовавии в качестве преобразователя взображемия пшомбикоиа. Эквивалентная схема рассматриваемого варвавта входной цепи содержит источввк сигнала юображенля 8 с высоким ввугревиим сопротивлевием Яо резистор ишрузкн Я„кодевсатор С„вкшочающмй аыходвую емкость преобразователя, входную емкосп усилительного каскада в вевзбежвую емкость мовтажвых соедввевий, а также источник тепловых шумов входного резистора и, (рве. 5.3). Для такой пепи сопротивление нагрузки Й;-Я,/(1+/2к/Л,С,); следовательно, активиое сопротивление Л (/) =й /(1+(2я/21 СЯ.
(5,3) Значение свгиала изображеивя о„ о,ХЩ Ч' == и "",~лат )*л.в~ег/)ь! У Используя (53), (5.4), (5.5) в (5.7), ветрудио получить 6,/Я. 'и л= ,/еьтяу (5.7) (5.8) где А|=у -/' — полоса частот усилителя свгиала изображевия. Использование цепи коррещив с хозффвциевтом передача (5,з1 прв одновременном увеличааии сопротивлевия входного резистора, как видно вз (5.8), приводит к увеличевию отношения свпжл/шум. Такие преобразования сигнала изображения получили иазвавме протшюшумовой коррешши. В качестве цепей хоррещви используют схеьыг с частотю.заввсиьюй отрвпательмой обратюй связью, частотю-зависимые ютевциометрвческве делители в др. Безусловным дастоивспюм рассмотренного метода протиаошумовой коррещвв являвгся благоприятное изменение спектрального состава помех (шума) иа выход~ 151 Как падло вз (5 4), ваблюдаемое А'ф с ростом частоты уменьшение свгнала мзображеввя может быть скор.
г рехтироваю в кавале усиления с по- В 4 мощью частотво-заввсвмой схемы ли, коррекции с козффвцмевтом передачи К(л (рвс. 5.3) ле=л „от~~~~~ (5о ь. 53 3 о алолаоа иии язлалатола сапалов К числу домивирующвх помех отнесем тепловые шумы входного резистора, звачевве которых ва входном резисторе и, в выходе юрректирующей цепи и„определяются следующвмм соотиошеввями: Хоо и',=4аТ 1' Вл(/)4/; ло (5.6) Голл ' =4й т 7В. (/) К'(/)б/ Уы где А — постояввая Больцмаиа; Т вЂ” абсолютвая температура; — диапазов частот сигнала взображеввя.
Отношение свгвал/шум иа выходе корректирующей цепи с учетом (5.6) схемы коррекции. Как ввдво вз соотиошевш (5.б), происходит относительное перераспределение помех в высокочастотную область спектра, аследствые чего ва юображевии овв ставоватся менее заметвымв. Привцвпы рассмотреввой протиаошумовой коррекции и более сложвые схемы предложены в 30-х годах Г. В. Брауде, а методы ых аиалвза и расчета в вастозщее время хорошо разработаны. Среди методов противошумовой коррекции особое место занимают времевнйе шумоподавытели. В вых используется времеввйм фильтрация сигпалов изображения, моторам освована ва использовавии корреляции сиглалов изображеви двух последовательвых кадров (при передаче неподвижного изображевия зти свгвалы идентичпы). При рассмотревли спектра свглала изображеввм (см.
$ 3.1) было показано, что этот спектр дискретев и при веподвижлом юображевии отдельные составляющие отстоят друг от друга ва у", (например, 25 Гц). Вместе с тем спектр шума непрерывен во всей полосе сигнала ызображеввя. Из этого следует, что без ущерба для качества сигнала изображения помеха может быль существевво уменьшена с помощью гребевчатого фильтра с максимумами пропусканвя на частотах, кратыых /; (25 Гл).
Реалюацыя гребенчатого фильтра возможаа ва базе устройств памяти ва время хадра и осущесталмепж а цифровом виде. Встествеыво, что при передаче даииущвхсм юображевий, когда в сцехтре сигнала юобршкеви появлмютсм частоты впке у' система шумоподавлевыа вносит определеввые искшкеыия. Для умевъшевия этих искажений вспользуют адаптиввые шумоподавители, управляемые юмерителем скоростей движешш объектов в поле иэображения (детекгорамв движения). При проектироваыви ТВС часто отказываются от критерия физиологически точного воспроизведевия изобршкевиж в системах вещательного телевидения это свюано с веобходвмостью получевиа определенных художественных эффектов, в раптеыотелевидевии попользуются подчеркивание границ и окраска в условные цвета малокоатраствых деталей юображеввя, в системах обнаружения првмевпот выделение фрагментов задаввого цвета, размера, формы и т.
и. Подобные задача решаютсм с помощью специальной обработки сигналов изображения, которая приводит к преобразованию ковтрастов, видоюменеиию гиспирамм аркостей, появлению условвых цветов, реставрации утраченных или повреждеввых участков изображения [4). Эти преобразования провзводмт, как правило, с цыфровыми сигналами изображеввм. Некоторые вз вих будут рассмотревы люке. Обеспечевие заданного качества телевюиоввого юображевия путем соотмтствующей обработка свгвалов изобртжеиия — обширная область, широко рассмотрениям в специальной и учебной лпературе [2, 14. Рассмотреввые вида обработки могут быль 152 лишь примерами, иллюстрирующими возможности современных систем формирования эадавиого качества телевизиоввого изображевым. В практвке телевидеввм пшроко используются цветокоррекция, рирщюекцим, формироаавве ввдеозффектов и другие выды обработки сигнала юображевим.
1 ая. циФРОВОИ ПРедставлеыие сигналои Аналоговый сигнал юображелим преобразуют в цифровую форму с целью расширеви возможностей его обработка, а также устравеиия ыли существевиого свмжеыыя искажений (амплвтудвых, частотных, фазовых и др.), вакаплиаающвхсм в процессе многократных преобразований авалогового сигнала взображевия. Примером таких ыскаженвй может слулапь звачительвое свскеыие отвошевш сигнал/шум в авалоговом сигнале при мыогократной перезаписи видеофрагментов в процессе мовтажа видеопрограммы. Процедуры цифрового предстаалевия сигналов изображения можно рассматривать как во времеввом, так и в пространственном базисах.
Переход между такими представлевыями, как правило, весьма прост, так как в большявстве случаев используютсм линейные преобразователи взображевия как по амплитудной харжтериствке, так и по законам развертки (б=еЕ, х=т,б у=тгг). Процедуры преобразовавим вепрерывньп (авалоговых) свгвалов в цвфроаые включают дискретизацию в плоскости изображения х, у (времеви г), квантование двскретвой структуры отсчетов по амплитуде и представление каждого квалтоааввого отсчета в виде кодовой комбинации. Следовательио, преобразовавлое в цвфровую форму юображевие отображаетсм в виде коиечиого мвожества чисел. Операции преобразования, обработки, передача по каналам свюв и анализа изобргжеывя осуществляют а этом случае в цифровой форме.
С этвм связаны основные преимущества цифровых ТВС влв вх звеньев по сравневию с авалоговыми. Отметим главные ю вих. Обеспечиваются высокая стабильвосп параметров отдельных устройств и ТВС в целом, высокал помехозащищенность каналов свят, расширмется арсенал возможвых преобразоваыий сигналов (например, с целъю создания видеоэффектов, преобразовавия параметров разложевиа, геометрвческих преобразований юображевий и др.), помаляется возможность практически иеогравмчеыиого числа перезаписей фрагментов видеоииформации при формировании щюграмм, реализации сложвых серввсвых программ управлеивя телевюиовиым оборудованием и др.
В вещательвых ТВС и им подобных цифровые сигналы, сфнзрмировавыьш ыа выходе, используют для восставовлевия изображеиия, Перечисленные достоинства цифровых систем, естественно, приводят к существенному повышению качества телевизионного юображевиа 155 «,--а «,--а «, -а«, -а Особо следует выделать такое паправлевве, как анализ пзобрапппвй (свстемы распозвававпя образов, пзмервтельпью ТВС, свсгемы обвару~келия в др.). При цифровой форме предсталлеюи сигналов взображеюш удается осуществить дсстаточво сложные процедуры анализа, реалвзуемыс в реальном времени. Существеввым недостатком автем с цифровым свгвалом вэображпвя является необходимость зпачвтельпого расшвреюи полосы пропускаппя кавала связи по сраввеввю с аналоговым, а в свстемах обработки си«палов — првмепеввя быстродействующих элемавтов.
Для преодоленм этвх трудностей с успехом вспользуют разлпчвые методы сохращеппя избыточности телеввэвовпого свгРассмотрвм процедуру даскраииэа~аи детермпавроывпых пзображеввй [10). Еслп входное взображвве представить в прострапствеиюм базвсе в виде пелрерыввой фующвв Е(х, у) (будем считать размеры кюбражепвя ввограввчеввымв), то процедура дюжретвзпцвв такого пзображевпя может рассматрвваться как перемвожепве этой фуакцвв с некоторой пространственно-лпскретвзпрующсй в(х, у): в(х,у)= Х 2, д(х-й,Ьх,у-й«Ьу), (5.9) где зпачеввя д-фующвв задаются в узлах решетки с шагом Ьх, Ьу (рпс. 5.4, а).
Дискретное в простралстве пзображепве с учетом (59) будет описываться соотпошеввем Е(х,у) Е(х,у)в(х,у)= а со Ь, Е(л,Ьх,л«Ьу)д(х-я«Ьх,у-л«Ьу). (5.10) Рос. 5А Прсстр«осгмаио-дкарстюарукил«в (Чав«ю (о) а аааср вяссрстюйрозсаии'О юсбрспюю (О) Как ввдво, функция Е(х, у) введена под звы суммпроваввя в задана в виде отсчетов в точках л«Ьх, лз Ьу. Спектр Уд (ва в„) взобрвкевпя (5.10), получеппый в результате пепрерывпого двумцувого преобразовапвя Фурье для дискретного взображввя, аЛ У2((а,)=)И (х у)~р(-5((, +Ю))дх.ду (511) а Этот спектр можно представить в виде свертки спектра всход- ного взображеввя 7' 1'ва а,) в спектра двскретвзврующей фувхцпя ,(Ва „): ,увс(гоа в«)=(1/4я~) Ув(ва в«)О У,(в„в,).
(5,12) Двумерное преобразовавве Фурье дпскрствзврующей фувкцвп (5.9) прпаодвт к формированию набора д.фувкцвй в плоскоств прострапствеппых частот с шагом в„=2я/Ьх, в„;-2я/Ьу: Я(в„а,'~=(4я«/Ьх Ьу) „'~ ,'~„д(в;А«в,а в,-йзв„). (5.13) «, -а«~ -а В реальных системах спектр простравстаелпых частот взображеввя Е(х, у) огралпчеп (алвяпве аберраций олтвкп в др.) 7в/ва в,)=0 прп ~в,)>в,, ~оэ„~>в, Определим Яд (5.11), (5.12) как свертку (5.12), для чего воспользуемся (5.13): Уо(в.,в,) (1/(Ь Ьу))п Ув(в.— а,в,-/))х (5.14) х ~„'); д(а-й«в,а /)-/сзт3дадд. «~ а «д а Рассматривая в соотпошевпв (5. 14) подыптегральвое провзведелве функции з.в с бескопечвой последовательвостью д-фупкцвй в учитывая свойства д-фувкцпв, получаем У~(вав«)=(1/(ЬхЬу)) Х Х Ув(в;й«в.„в«-/сзв;) (5 Я «, -а«1 -а Как ввдво вз (5 15), спвпр дискретного взображввя предспюляст собой бесконечное повторение в плоскости ва в, спектра всходпого взображепвя, прячем шаг сдввга составляет по осям в, в в 2я/Ьх в 2я/Ьу соответствевно (рве.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
