автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Методология оценки информации, воспринимаемой зрительным анализатором в кинематографе

На правах рукописи

Тихомирова Галина Вениаминовна

МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ИНФОРМАЦИИ, ВОСПРИНИМАЕМОЙ ЗРИТЕЛЬНЫМ АНАЛИЗАТОРОМ В КИНЕМАТОГРАФЕ

Специальность 05.11.18 «Приборы и методы преобразования изображений и звука»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург

2005

Работа выполнена на кафедре киновидеоаппаратуры Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения

Научный консультант - заслуженный работник высшей школы РФ доктор технических наук, профессор О.Ф.Гребенников

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РФ доктор технических наук, профессор В.Г.Комар;

доктор технических наук, профессор В.А.Иванов;

доктор технических наук, доцент К.А.Томский

Ведущее предприятие - Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова (ГОИ).

Защита диссертации состоится 2005 года в часов

на заседании диссертационного/ совета ДР-210-022-06 Научно-исследовательского кинофотоинститута (НИКФИ), Москва.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИКФИ.

Автореферат разослан,^- ^¿005 года.

Отзывы на автореферат диссертации просьба присылать в двух экземплярах по адресу: 125167. Москва, Ленинградский проспект, 47 (НИКФИ), ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук // у

Н.В. Алексеева

© СПбГУКиТ, 2005

2006 - У 22302

1Ш6№

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОГЫ

Астуальяость работы

С момента зарсодения приборов записи и воспроизведения изображений (фотография, кинематограф, видеотехника) специалист непрерывно вели работы по обоснованию требуемых параметров приборов с целыо повышения качества воспринимаемого изображения, а также улучшения экономических и эргономических показателей систем.

Обоснованию требуемых параметров приборов записи и воспроизведения изображений посвящены работы Эдисона, Айвса, Портера, Шейда, Тальбога, Туна, Трамбела и других зарубежных специалистов. В нашей стране подобные работы велись ЕМГопдовским, МБ-Антпиным, ВГ-Комаром, СМПроворновым, О.ФГребешшковым, ДСЛебедевым, J иШолосиным, ШСИгнатъевым, АВ Лугоовым, ДФ-Арпошиным и другими уча гыми.

Основное внимание исследователей было направлено на обоснование параметров приборов, обеспечивающих заданное значение важнейшего субъективного показателя качества изображения - его четкости (резкости). Различными специалистами в качестве одного ш основных параметров приборов принята разрешающая способность, критическая пространственная частота, площадь, ограниченная пространственной частотной характеристикой, и т.п. Все зга параметры косвенно влияют на информационную емкость систем, т.е. на количество получаемой зрительной информации. Однако различный подход к определению требуемых параметров в значительной степени затрудняет сопоставление полученных результатов и особенно обоснование требований к параметрам новых систем.

Рядом авторов (Роуз, ИИЦуккерман, АЛЗ Луизов, О.ФГребенников и др.) предложено принял, в качестве параметра систем непосредственно количество зрительной информации, воспринимаемой зрителем при наблюдении изображения. Данный пуп> действительно представляется наиболее перспективным, поскольку учитывает свойства не только приборов записи и воспроизведения изображений, но и зрительного анализатора человека Однако он затруднен тип, что природа создала совершенный, но чрезвычайно сложный сран зрения человека Работами ученых вскрыты многие психофизиологические и физические процессы, происходящие в зрительной системе человека В то же время до полного понимания всего мехашема зрительного восприятия окружающей среда человеком еще очень далеко.

Решение проблемы нахождения количества воспринимаемой ригелем информации при рассматривании изображений наиболее агауально в настоящее время в связи с проведением интенсивных работ, направленных на создание новых систем записи и воспроизведения изображения (электронный кинематограф, цифровая фотография и т.п.), а также на совершенствование существующих приборов и систем. Обоснованию требуемых параметров данных приборов и систем вновь уделяется большое внимание и посвящено множество опубликованных работ.

Цель и задачи исследования

Создание на базе обобщенной физико-математической модели зрительного анализатора методологии количественной оценки пол) с целыо оптимизации

библиотека I

С Пет, •Э

параметров приборов записи и воспроизведения изображений. Для достижения этой цели в работе решаются следующие основные задачи:

1. Анализ обших физических процессов получения человеком зрительной информации.

2. Разработка обобщенной физико-математической модели зрительного анализатора

3. Создание на базе обобщенной физико-математической модели методологии вычисления количества получаемой зрительной информации.

4. Применение разработанных методов для обоснования некоторых параметров систем фотографического и электронного кинематографов. '

5. Реализация отдельных наиболее перспективных сииIем кинематографа.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора, позволяющая находапь воспринимаемый человеке»! зрительный образ при наблюдении черно-белых и цвеггаых, неподвижных и движущихся объектов, расположенных в двумерном и трехмерном пространстве.

2. Методология количественной оценки информации, воспринимаемой зрительным анализатором юри наблюдении реальных объектов окружающего нас мира, а также их изображений, образованных в фотографических, кинематографических и других системах.

3. Методика обоснования требуемых параметров приборов записи и воспроизведения изображений на основе количественной оценки информации, содержащейся в воспринимаемом зрительном образе объекта

Методы исследования

При проведении теоретических исследований использованы основные положения теории линейных систем, теории дискретизации и теории информации. При разработав алгоритмов преобразования изображения в зрительном анализаторе и в приборах записи и воспроизведения изображений применены метода теории принятия решений и основы прикладной метрологии.

При экспериментальных исследованиях по оценке качества изображения и ею восприятия зрителем использованы психофизические и психофизиологические методы

Научная новизна работы

1. Разработана обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора, позволяющая аналитическими методами находить воспринимаемый человеком зрительный образ объекта наблюдения.

2. На основе обобщенной фгоико-математической модели зрительного анализатора создана методология количественной оценки воспринимаемой зрительной информации при наблюдении черно-белых и цветных, неподвижных и перемещающихся объектов, расположенных в двумерном и трехмерном пространстве.

3. Показано, что количество получаемой зрительной информации позволяет оценил, субъективно воспринимаемое качество воспроизводимого изображения.

Практическое значение работы

1. Разработанная методология позволяет научно обосновывал, требуемые параметры приборов записи и воспроизведения изображений, обеспечивающих заданное качество воспроизводимого изображения, а следовательно, создает основу оптимизации конструкции приборов и указывает пути повышения до требуемых пределов качества воспроизводимого изображения.

2. Результаты работы применены в частности для научного обоснования оптимальной яркости изображения в кинематографе, требуемой частоты кинопроекции, параметров новой системы «Кинематограф высокого качества» (КВК), принципа построения кйнопроекгщонного аппарата нового поколения с импульсным источником света, параметров системы электронного кинематографа, обеспечивающего получение качества изображения, сопоставимого с имеющим место в фотографическом кинематографе и др.

Реализация работы

1. Разделы работы ишсшьзованы в хоздоговорной научно-исследователыжой теме «Исследование и разработка методов и средств преобразования изображений и звуков», включенной в план НИР Министерства культуры Российской Федерации.

2. Результаты работы стали основой построения новой дисциплины федерального уровня «Физические основы получали информации» по специальности «Приборостроение».

3. Материалы работы вошли в книгу О.Ф.Гребенникова и ГВ.Тихомировой «Основы записи и воспроизведения информации», рекомендованную Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Аудиовизуальная техника».

4. Настоящее диссертационное исследование явилось результатом цроведения научно-исследовательских работ в период с 1976 по 2005 г. при личном участии и под руководством автора (14 НИР), в том числе 2 работы в рамках Федеральной целевой программы «Культура России».

5. Результаты дассерхационной работы внедрены в МКБК, ЛОМО, НИИПФП (г.Минск), Югорский НИИ информационных технологий, СПб ГУП «Петербург-кино», СПбГУКиТ

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 11 международных и всесоюзных конгрессах и научно-технических конференциях, в том числе на: Х1У Международном конгрессе по высокоскоростной фотографии и фотонике (Москва, 1980); Международном конгрессе по кинотехнике (Лондон, 1981); Международной выставке-конференции «Кинотеатр XXI» (СПб.,1999, 2000); Всесоюзных научно-технических конференциях «Совершенствование техники и технологии киносети и кинопроката» (Москва, 1976), «Кинотехнические средства в изобразительном решении фильма» (Москва, 1979), «Оптическое изображение и регистрирующие среды» (Ленинград, 1983), «Техника фильмопроизводства» (Москва, 1985), «Любительская фотоаппаратура и фотография» (Ленинград, 1983).

Кроме того, основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ЛИКИ и СПбГУКиТ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 47 работ, в том числе 1 учебное пособие с грифом Министерства образования РФ, 1 монография, 28 научных статей в журналах «Техника кино и •телевидения» (13) и «Киномеханик» (2), в научных трудах ЛИКИ и СПбГУКиТ (12), получено 2 авторских свидетельства на изобретение и 3 патент РФ на полезную модель.

Объем работы

Диссертация состоит ю введения, гиги пив, заключения и приложения, содержащего акты внедрения результатов диссертации. Содержит 253 стр., 38 рис., 1 табл., список использованной литературы (96 наименований).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 рассматриваются общие пршпрпы восприятия зрительным анализатором информации. Зрительная (визуальная) информация составляет наибольшую долю информации, получаемой человеком извне. Систему органов человека (включая мозг), воспринимающих и обрабатывающих зрительную информацию, называют зрительным анализаторам (ЗА). Входом ЗА являются таза человека

Световой сигнал, воспринимаемый ЗА образуется световыми аиекгромагнтными волнами с длиной волны в пределах 400 - 700 нм. Он описывается функцией четырех аргументов -пространственных координат x,y,z и времени t, определяющей как амшппуду, так и фазу световой волны. Глаза наблюдателя содержат оптическую систему и светочувствительную сетчатку.

Огпическая система строит изображение каждой точки объекта во вполне определенной точке трехмерного пространства изображений. В результате в пространстве изображений образуется трехмерный световой образ объекта наблюдения, который мы назовем световой моделью объекта.

Поскольку объекты наблюдения могут находиться на различных расстояниях от наблюдателя, то опгаческая система глаза имеет возможность изменения оптической силы для наведения на резкость. Это осуществляется изменением кривизны хрусталика пиза и называется аккомодацией глаза

Таким образом оптическая система глаза совмещает с поверхностью двумерной светочувствительной сетчатки световой образ объекта наблюдения, т.е. его изображение. Последнее характеризуется распределением по поверхности сетчатки интенсивности тлучения, созданного объектом наблюдения. При этом происходит изменение природы световою сигнала и функции, его описывающей. Функция Fix'y) показывает интенсивность сигнала, зависящую от пространственных координат х",у, принадлежащих поверхности сетчатки.

Изображение характеризуется оптическим спектром излучения, т.е. зависимосшо интенсивности от д лины волны света h Поэтому функция, описывающая изображение, теперь будет иметь вид р(х',у'Д). Сетчатка пиза содержит три типа колбочек: красно-, зелено- и синечувсшитеяьные, которые чувствительны к длинно-, средне- и коротковолновым световым излучениям соответственно. Сигналы, поступающие от этих колбочек в мозг, в результате сложных психофизиологических процессов вызывают ощущение цвета объекта, что в значительной степени облачает распознаваемость объектов окружающего человека мира.

В изображении, образованном оптаческой системой глаза на сепшке, полностью утеряна информация о третьем измерении объекта наблюдения, которая имела место в световой модели. Это в значительной степени затрудняет ориентацию человека в трехмерном пространстве. Вследствие этого природа снабдила человека (и почти всех животных) двумя глазами, разнесенными в пространстве на расстояние базиса зрения В, равное в сред нем 65 мм. В результате за счет пространственного параллакса на сетчатках правого и левою таза при наблюдении объектов, находящихся от наблюдателя на конечных расстояниях, образуются несколько отличные друг от друга, или, как говорят, диспаратные изображения. Складываясь в мозгу, диспаратные изображения создают ощущение трехмерности, и возникает так называемый стереоскопический образ объекта. Ощущение трехмерности усиливается за счет аккомодации и конвергенции пиз наблюдателя. Конвергенция - это сведение оптических осей глаз на рассматриваемый объект. Конвергенция, как и аккомодация, происходит автоматически помимо воли наблюдателя. Однако как изменение кривизны поверхностей хрусталика глаза, так и сведение оптических осей пиз требуют определенных мускульных усилий, ощущаемых наблюдателем и подчеркивающих изменение расстояния до наблюдаемой сцены.

Обозначим горизонтальную пространственную координату в плоскости входных зрачков глаз наблюдателя Хо, тогда изображения, образованные на сетчатках правого (П) и левого (Л) глаза, опишут функции F^x'y Дл>-В/2) и F/x'y

Положим теперь, что наблюдаемый объект перемешается или изменяется во времени. В данном случае его изображение на поверхности сетчатки будет зависеть от времени. Следовательно, функции, описываюнще изображения на сетчатках правого и левого глаза наблюдателя, будут иметь ввд: Р^х'УЯл-В/ЗД и F/x'.yT^Xo+Mi).

Таким образом, зрительная информация воспринимается наблюдателем в следующей последовательности. Световой сигнал, идущий от объекта наблюдения, попадает во входные зрачки пиз наблюдателя. Огпическая система каждого глаза наблюдателя преобразует световой сигнал таким образом, что на поверхности светочувствительной сетчатки образуется новый сигнал зрительной информации - изображение объекта. Изображения на сетчатках глаз содержат информацию о пространственной струюуре объекта, его цвете, протяженности в глубину, движении и изменении во времени. Вся эта информация передастся в мозг.

В мозгу происходят сложнейшие психофюиологические процессы, в результате которых возникает зрительный образ объекта наблюдения.

Рассмотренные процессы восприятия человеком световых сигналов информации осуществляются непосредственно. С развитием цивилизации эти процессы начали совершенствоваться человеком с использованием созданных им технических средств. В настоящее время эти средства натравлены на преобразования, передачу и запись сигналов информации.

Системы преобразования, передачи и записи сигналов визуальной информации являются промежуточными звеньями между объектом наблюдения и зрительным анализатором. Они расширяют возможности получения зрительной информации.

Преобразования светового сигнала осуществляются, как правило, оптическими системами. Наиболее распространены бинокли, зрительные трубы, телескопы, лупы и микроскопы.

Передача сигналов информации в настоящее время осуществляется в основном элеюрическими сигналами по кабельным каналам связи, радиосигналами через эфир и световыми сигналами по

свеговолоконным каналам связи. Передачу зрительной информации осуществляют телевизионные системы.

Приборы записи и воспроизведения изображений применяются в фотографии, кинематографе и видеотехнике. Цричем приборы видеотехники включают в себя систему передачи изображения, осуществляемую телевизионными средствами. Телевизионные средства в настоящее время также широко используются в кинотелевизионных системах, а также в цифровой фотографии. Поэтому в работе рассматриваются в основном кинотехнические приборы записи и воспроизведения изображения, которые мо1уг включать в ссбя телевизионные'устройства для передачи изображений, а также приборы преобразования изображений (микроскопы, телескопы и тл.).

Вначале рассмотрены основные принципы преобразований сигнала изображения, происходящих в телевизионных системах, поскольку они во многом схожи с преобразованиями сигнала изображения в зрительном анализаторе человека при передане изображения от сетчатки глаза в мозг.

При передаче зрительной информации необходимы особые преобразования исходного сигнала, поскольку изображение описывается функцией нескольких переменных. Перед передачей изображение требуется представить одномфным сигналом времени I Данный процесс проанализирован на гримере системы цветного телевидения, в которой передается изображение, описываемое функцией Р(х,уД,0-

Показано, что для сокращения количества измерений сигнала необходима его д искретизация. В аналоговой системе цветного телевидения изображение дискретизируегся по трем Переменным (уЛ$. По переменной х осуществляется «развертка» сигнала вдоль оси времени, в результате которой переменная х преобразуется в аргумент I Дискретизированные элементы изображения подвергаются перестановке или «укладке» вдоль оси времени или вдоль оси временных частот'.

Физические процессы развертки, дискретизации и укладки имеют место и в зрительном анализаторе человека.

Оптическая система глаза преобразует световой сигнал в изображение объекта наблюдения, совмещенное со светочувствительной сетчаткой птаза. Этот процесс преобразования светового сигнала в изображение приводит к образованию на поверхности сетчатки нового сигнала, описываемого функцией пяти переменных Б^уЯ^х,,). Для передачи изображения в мозг сетчатка связана с ним своеобразным «каналом связи», состоящим из нервных волокон. Поскольку эта система одномерна, то по ней не может быть передан двумерный сигнал. Задача решается дискретизацией изображения по переменным х* и /, благодаря тому, что сетчатка состоит из множества колбочек и палочек, связанных с окончаниями зрительных нервов. В результате нервные волокна передают одномерные сигналы в головной мозг. Процесс укладки дискретных значений сигнала изображения в соответствующих участках головного мозга и приводит к возникновению зрительного образа В зрительном анализаторе дискретизируегся также оптический спектр излучения объекта благодаря тому, что колбочки бывают тфасно-, зелено- и синечувствигельными. Дискрегазируегся также изображение по переменной х<, потому, что человек имеет два птаза.

Таким образом, воспринимаемое человеком изображение, описываемое функцией пяти аргументов х^уДД и х^ подвергается дискретизации по четырем аргументам и только по аргументу т остается непрерывным

На основе сказанного можно сделать обобщающий вывод о том, что передача по каналам связи п-мернош сигнала возможна только лишь ври предварительной дискретизации сигнала, по крайня! мере, поп-1 артуменгу.

Показано, что в системах записи и воспроизведения многомерных изображений также требуется его дискретизация. Однако в данном случае при записи п - мерного сигнала требуется дискретизация ю п-1 аргумешу сигнала, где г - количество измерений носителя, используемое для записи. Например, в цветнем кинематографе изображение разворачивается по переменным х и у, а дискрегизируется по аргументам ХиЬ

Таким образом, зрительную информацию мы получаем путем непосредственного наблюдения действительности, а также посредством систем записи и воспроизведения изображений.

При непосредственном получении зрительной информации глаз человека воспринимает световой сигнал, исходящий от объекта наблюдения. Входной световой сигнал не подвержен каким-либо дополнительным преобразованиям и содержит всю зрительную информацию, которую способен воспринять ЗА.

При получении зрительной информации посредством систем записи и воспроизведения изображений, входной световой сигнал уже подвергнут дополнительным преобразованиям и, как правило, содержит меньшее количество информации об объекте наблюдения, чем световой сигнал, исходящий непосредственно от пего. В результате количество получаемой информации будет меньше, чем при наблюдении реального объекта

В приборах записи и воспроизведения изображений происходят лишь чисто физические процессы преобразования сигналов. Поэтому возможно создание единой физико-матшагичеокой модели преобразования сигналов, объединяющей приборы записи и воспроизведения изображения и зрительный анализатор человека. Эта модель позволит наши аналитическими мегодамй воспринимаемый наблюдателем зрительный образ объекта при просмотре изображений, образованных приборами записи и воспроизведения информации. Данная модель также даст основу для нахождения количества зрительной информации, получаемой ЗА в приборах записи и воспроизведения изображений. Ого количество информации является основным параметром приборов записи и воспроизведения изображений, определяющим как качество воспроизводимого изображения, так и точность измерения по результатам записи изменений изучаемого объекта в пространстве и во времени.

Глава 2 посвящена разработке обобщенной физико-математической модели, на основе которой, зная функцию, описывающую входное изображение, возможно аналитическими методами найги функцию, определяющую воспринимаемое зрителем выходное изображение.

Вначале рассматривается восприятие действительности одним глазом Поскольку оптическая система глаза строит изображение объекта па поверхности сетчатки в двумерном пространстве х', У, то в качестве объекта используется плоский двумерный транспарант. Считается, что оптическая система гааза образует на поверхности сетчатки идеальное входное изображение транспаранта, т.е. его точную копию в масштабе Ро, причем ро - линейное увеличение оптической системы глаза Выразим изображение в плоскости транспаранта Еи(х,у,1Д.). Тогда изображение на поверхности сетчатки опишет функция Бш(х'У,1ЛХ причем х'=хро, У=уРо- Значения функций выражены в безразмерных относительных единицах, изменяющихся от 0 до 1, а постоянные множители опущены.

Условно принято, что если на входе ЗА на поверхности сетчатки таза образуется уменьшенное изображение транспаранта Р^х'у,^), то на выходе ЗА (в мозгу) возникает изображение транспаранта в том же масштабе, т.е. ¥»*{х!,У£)С). В действительности это изображение в нашем сознании возникает в натуральную величину Кы^уД) и совмещено с поверхностью транспаранта.

Система ЗА условно разделена на два звена (рис.1) - таз и мозг. В тазу на поверхности сетчатки образуется реальное изображение транспараша, которое может бьпь измерено и достаточно точно описано математически. В мозгу же происходят чрезвычайно сложные преобразования сигнала, в результате которых возникает зрительный образ объекта наблюдения. Этот виртуальный зрительный образ возникает лишь в нашем сознании и физически не может бьпь представлен в виде реального изображения, которое возможно объективно измерить. Это вызывает определенные трудности в проведении анализа получения человеке»! зрительной информации.

Дня того, чтобы обойти эти трудности при общем анализе преобразований сигнала изображения в зрительном анализаторе, сделано допущение о его достаточной линейности и инварианшости к сдвигу. Тогда имея обобщенные основные выходные параметры зрительного анализатора (импульсные реакции, частотные характеристики и др.) и используя метода, разработанные в теории линейных систем, можно по заданным функциям, описываюпщм вход ной сигнал, найти выходной сигнал, а следовательно, и зрительный образ объекта наблюдения. Основные параметры ЗА могут бьпь найдены с использованием косвенных и психофизических методов. Некоторые из этак параметров (например, пространственная частотная характеристика) уже найдены. Таким образом сложнейшие поихофизиологические процессы, происходящие в мозгу, заменяются чисто физическими процессами преобразования сигналов в линейных системах. Конечно, результат вычислений даст несколько приближенные значения, которые вполне допустимы при общем анализе процесса восприятия зрительной информации. При необходимости для конкретных условий наблюдения объекта нелинейность и отклонения от инварианшости к сдвигу могут бьпь учтены и в получаемый результат внесены необходимые коррективы В данном случае в общую методику анализа включаются численные трюмы вычислений, которые, однако, могут дать достаточно точные для практического использования результаты.

^уДЯ) ШУЛА.) ^хУАХ.) Р^уД)

Транспарант Глаз Мозг Транспарант

-► -*■

Рис.1

На основе анализа чисто физических преобразований сигнала изображений может бьгть создана обобщенная физико-математическая модель ЗА, позволяющая аналитическими методами находил, воспринимаемый зрительный образ объекта наблюдения. На базе физико-математической модели с использованием методов, разработанных в теории информации, возможно вычислить также количество воспринимаемой ЗА информации.

В работе рассмотрено в отдельности восприятие ЗА неподвижного черно-белого объекта и объекта, изменяющегося во времени. После этого анализируются особенности восприятия ЗА цветного объекта и объекта, расположенного в трехмерном пространстве. Вначале считаем транспарант черно-белым и неподвижным. Входное изображение описывает функция Е^У), а его сиеюр &«(£$. Принято, что транспарант расположен в пределах поля ясного видения одного глаза и имеет угловые размеры 30x22 град. При проведении анализа сделано допущение о таи, что ЗА является системой достаточно линейной и инвариантной к сдвигу. При .этом следует иметь в виду следующее. '

Восприятие мелких деталей объекта зависит не только от свойств оптической системы таза, но и от структуры сетчатки, которая неравномерна по всей ее поверхности. Разрешающая способность выше всего в области центральной ямки сетчатки (желтого пшна) и быстро падает с удаление« от нее. Только в пределах зоны наиболее четкого видения (~1-2°) разрешающая способность ЗА достигает своего максимального значения. Следовательно, в обща« случае, ЗА не удовлетворяет условию инвариантности к сдвигу. Од нако, при рассматривании объекта (а также и его изображения), глаз как бы «обследует» наблюдаемый предмет, обегая его взором При этом он совмещает с заинтересовавшей его деталью объекта зону наиболее четкого видения. Последнее в какой-то степени компенсирует неинвариаятность к сдвигу ЗА. Поэтому вполне допустимо при общем анализе считать ЗА системой, удовлетворяющей условию инвариантности к сдвигу в пределах поля ясного видения.

Как следует из теории линейных систем, выход ное изображение будет равно свертке

(1)

где РЦх'У) - пространственная импульсная реакция ЗА Спектр выходного изображения равен

М^у^й/у^ед (2)

причем Ка(£^у) - пространственная частотная характеристика (ПЧХ) ЗА пространственные частоты на поверхности сетчатки. Поскольку 15м общем анализе допустимо считать ЗА изотропной системой, то в дальнейшем пространственная частота на поверхности сетчатки обозначается причем

Для решения равенств (1) и (2) необход имо знать импульсную реакцию или ПЧХ ЗА Многими исследователями предпринимались попытки нахождения данных характеристик ЗА Ими использовался в основном косвенный метод нахождения ПЧХ зрительного анализатора, основанный на предварительном определении зависимости пороговой глубины модуляции от пространственной частоты решетки Причем под пороговой глубиной модуляции понимается граничное значение глубины модуляции в тесго&ьекге, начиная с которого зритель перестает замечать его период ическую структуру и воспринимает тест-объект как равномерно светящуюся поверхность.

ПЧХ зрительного анализатора К^) экспериментально нашел еще в 1950-х годах известный американский исследователь ОШейд и аппроксимировал ее функцией

К^НхрКкк)1'45! (3)

где £ - критическая частота, юрт которой К,$)=ехр(-1). Критическая частота изменяется в пределах от 40 до 50 мм1 при изменении яркости поля адаптации ЗА от 12 до ЮОкд/м2.

Позже рядом исследователей были получены ПЧХ зрительного анализатора, близкие к описываемым функцией (3). Эта функция используется многими специалистами для изучения восприятия изображения в кинематографе и телевидении.

Приведем выражение (3) к аппроксимации частотной характеристики, принятой в теории записи и воспроизведения информации

ад^хр^ЩЗД (4)

где щ, N¡3, п - постоянные для д анной системы или ее звена параметры Формула (4) удобна в тем отношении, что она учитывает основные свойства системы. Параметр т равен логарифму отношения сигнал/шум, разрешающая способность Ы^ определяется полосой пропускания системы, а параметр п выбирается в зависимости от формы аппроксимируемой частотной хфакхерисгики.

Если частота £ равна кришческой частоте 4 при которой значение К(£) равно е4,то на основе формулы (4) имеем

Из этого выражения находим

^з/т"1. (5)

Приняв тт=1,45 и подставив значение £ из формулы (5) в выражение (3), приходим к результату

ВД^-п*!^)1-45]. (6)

Отношение сигнал/шум при общем анализе системы допустимо принять равным количеству градаций яркости, воспринимаемых ЗА В результате анализа работ, выполненных- в области физиологии зрения, установлено, что при постоянной адаптации ЗА к средней яркости наблюдаемой сцены, изменяющейся в пределах от 1 до 1000 кд/м2, ЗА воспринимает- ¡»=250-260 градаций яркости. Следовательно, т=1п£=5,5 нат.ед. и формула (6) принимает вид

(7)

Согласно выражению (5) находим, что для яркости 12 кд/м2 мм"1) N^=40x5^°^= 129 мм"1, для яркости 100 кд/м2 (£=50 мм"1) N¿=162 мм'1. Следовательно, ПЧХ зрительного анализатора опишет функция

ад>тар[-5Дк1/129)1-45] (8)

при яркости поля адаптации 12 кдбл2 и

Кй(£)=ехр[-5Д|^|/162)1'45] (9)

при яркости поля адаптации 100 кд/м2.

В оптике и физиологии зрения способность зрительного анализатора воспринимать мелкие детали объекта принято оценивать не разрешающей способностью На, а угловым пределом разрешения 5. Причем специалистами установлено, что угловой предел разрешения зависит от яркости Ь поля адаптации ЗА

6=0,45+0,б^Ц0,42. (Ю)

Угловой предел разрешения определяет разрешающую силу глаза или остроту зрения V, которые равны обратной величине от 5:

У=1/5.

Согласно формуле (10) по мере увеличения яркости Ь адаптации предельный угол разрешения 5 монотонно снижается, при этом острота зрения V наоборот монотонно возрастает, как это

показано на рис.2 сплошной линия! Однако в действительности за счет снижения котрастной чувствительности зрительного анализатора при больших яркостях, рост остроты зрения при яркости, превышающей 100 кд/м2, сначала замедляется, а затем снижается (показано на рис.2 и приховой линией).

Вполне понятно, что значение V коррелирует с разрешающей способностью зрительного анализатора. Можно считать, что эти величины прямо пропорциональны, т.е.

Н*=сУ,

где с - постоянный коэффициент. Если принять ср87,5 угллшнУмм, то при Ь=100 кд/м2 (У=1,85) N^=1,85x87,5-162 мм"1, а при Ь=12 кд^м2 (У=1,49) N¿=1,49x87,5=129 мм'1 (см. рис.2). Данные значения совпадают с величиной разрешающей способности зрительного анализатора для указанных яркостей, найденной согласно формуле ОШейда.

V 2

1.83 1,49

I -

N,„»1

162 129 100

10 12

100

1000 Ь,хд/мг

Рис.2

Зависимость разрешающей способности ЗА от яркости шля адаптации свидетельствует о нелинейности ЗА которую, как показано выше, можно учесть и в расчеты ввести необходимые коррективы.

На основе выражения (2) определяют спеюр изображения на выходе ЗА и обратным

преобразованием Фурье получают функцию Рвж(х,у), описывающую изображение, воспринимаемое ЗА Данную задачу можно решить также с использованием импульсной реакции ЗА Для этого найдя обратным преобразованием Фурье функции, описывающей ПЧХ ЗА импульсную реакцию ЗА согласно формуле (1) находят изображение Р1ЬК(х,у).

Сделанное нами допущение об инвариантности к сдвигу ЗА предполагает, что для восприятия объекта (в нашем случае транспаранта) используется достаточное время для его рассматривания, когда наблюдатель «обследуете объект перемещая взор и находит интересующие его детали.

При кратковременном предъявлении объекта наблюдателю или при рассматривании объекта в заданный момент времени наблюдатель воспринимает объект иначе, чем при длительном его рассматривании. Для нахождения воспринимаемого ЗА зрительного облика объекта необходимо разбить площадь сетчатки на отдельные участки, в пределах которых разрешающая способность N3, примерно одинакова Затем, наши для этих участков значения N5, и определил, для них по формуле (7) ПЧХ ЗА После этого на основе изложенной выттте методики найти соответствующие участки воспринимаемого ЗА изображения Ра,к(х',уг).

Таким образом, можно внести коррективы для устранения ошибок, вызванных отклонением ЗА сгусловия инвариантности к сдвигу.

При рассматривании изображения, образованного фотографической, кинематографической или телевизионной системой, оптическая система глаза образует на поверхности сегчапси вторичное изображение. Причем исходное изображение уже отфильтровано промежуточной системой, которая имеет вполне определенную ПЧХ К(0, приведенную к поверхности фотоотпечатка, фильмокопии или экрана кинескопа. Во всех рассмотренных случаях ПЧХ сквозного процесса, включающего восприятие наблюд ателем изображения, может бьпь найдена перемножением ПЧХ Кф и КД). Однако д ля этого необходимо привести пространственные частоты либо от сетчатки глаза к поверхности изображения, либо, наоборот, от поверхности изображения к поверхности сетчатки. В работе принят второй пуль. Следовательно, итоговая ПЧХ сквозного процесса К^) равна

Таким образом, принятая обобщенная фюико-математическая модель зрительного анализатора позволяет найш воспринимаемый ЗА зрительный образ неподвижного черно-белого двумерного объекта как при наблюдении действительного объекта, так и с использованием промежуточных звеньев, осуществляющих преобразования, запись или передачу изображения объекта. Основными математическими операторами в процессе преобразования световых сигналов являются ПЧХ и пространстве! шая импульсная реакция ЗА

Изменения объекта во времени разделены на чисто временные, когда изменяется яркость неподвижного объекта, и на пространственно-временные при перемещениях объекта постоянной яркости.

При чисто временных изменениях объекта считается, что входной световой сигнал описывает функция Рвф, а выходной - Бых®. Спектры входного и выходного сигналов описывают функции 5>«(у) и где V - временная частота Выходной сигнал и его спектр на выходе ЗА равны

Р.^Р^Раа© (11)

и

Б^)=8^у)К«<у), (12)

причем Ра*,© и Ки(у) - временная импульсная реакция ЗА и его Ершенная частотная характеристика (ВЧХ) соответственно. Методика нахождения ВЧХ ЗА, которая была использована в наших исследованиях основана на нахождении ВЧХ зрительного анализатора косвенным методам - путем предварительного определения зависимости пороговой глубины модуляции светового сигнала от его временной частоты. Причем под пороговой глубиной модуляции понимается граничное значение Шубины модуляции тест-объекта, начиная с которого зритель перестает замечать изменение его яркости во времени и воспринимает равномерно светящимся. Яркость теег-обьекга изменяется во времени посредством предложенного нами ориги нального прибора по гармоническому закону.

На рис.3 приведен график пороговой глубины модуляции Т1юр^) для условий наблюдения изображения, близких к там, которые имеют место в обычном кинематографе (яркость киноэкрана 40-50 ьд/м2, расстояние от наблюдателя до экрана составляет 4 высоты экрана).

ВЧХ ЗА аппроксимирована функцией (показана штриховой линией на рисЗ)

ВД^НДуЛд2], (13)

где у„р- критическая частота слияния мельканий или разрешающая способность ЗА во времени, т.е. максимальная временная частота мельканий, воспринимаемая зрительным анализатором. При ^кр К^ч,)=ехр(-4,8)=0,008, что соответствует уровню шума в ЗА.

Для условий рассматривания экрана в обычном кинематографе критическая частота слияния мельканий была наедена еще в 1920-х годах известным исследователем ХАйвсом:

^=12,41^+29,4, (14)

где Ь - яркость экрана, к которой адаптирован зрительный анализатор, выраженная в апосшльбах.

В своих экспериментах ХАйвс яркость тест-обьект изменял не по гармоническому закону, а П-образно. Для возможности использования данных ХАйвса три вычислениях временной частотной характеристики ЗА по формуле (13) формула (14) приведена к гармоническому измененик) яркости тасг-обьекга:

у„г12,11^+34,7. (15)

Здесь яркость Ь выражена в кд/м2.

Найдя по формуле (15) значение и подставив его в формулу (13), находим ВЧХ ЗА для заданной яркости поля адаптации. ВЧХ, определяемая формулой (13), является временной амплшудно-часшпюй характеристикой ЗА

Многие исследователи пытались экспериментальным путем найти также временную импульсную реакцию ЗА Р^г). Полученные результаты значительно отличались дат от друга, однако характер импульсной реакции у всех исследователей достаточно хорошо согласовывался и имеет вид, показанный на рис.4.

Временная импульсная реакция является откликом системы на поданный на ее вход единичный бесконечно короткий во времени световой импульс. Поэтому форма временной импульсной реакции ЗА показанная на рис.4, не вызывает сомнений, поскольку отклик системы на бесконечно короткий во времени импульс может имел, место только после подачи на ее вход этого импульса. Подобная форма импульсной реакции позволяет трактовать реакцию ЗА на световой импульс как «инерцию» или «память» зрения. Однако точная форма импульсной реакции и ее длительность пока точно не установлены.

Для решения задачи в общем случае временная импульсная реакция ЗА показанная на рис 4, аппроксимирована в работе функцией экспоненциального спада

БД1)=аехр(-а1)1(1). (16)

Преобразование Фурье функции (16) дает комплексную временную частотную характеристику ЗА:

^)=а2/[а24<2лу)2]+Й7^а/[а2+<271у)2]. Модуль комплексной частотной характеристики, т.е. амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), опишет функция

К^)=ф2-+<2то)2]1Д (17)

Раи

О 1/а г

Рис.4

Фазочастотную характеристику (ФЧХ) ЗА определяет аргумент комплексной частотной характеристики, т.е. выражение

ф)-~агс^2т/а). (18)

Теперь перепишем комплексную ВЧХ ЗА в виде

К^НдМехр[-1ф(у)].

Анализ показывает, что АЧХ, построенные по формулам (13) и (17), по форме достаточно близки друг другу. Поэтому для приближенных расчетов могут быть использованы АЧХ и ФЧХ, определяемые формулами (17) и (18). Д ля более точных расчетов при анализе конкретных систем, необходимо использовать численные метода по нахождению временной импульсной реакции ЗА имеющей над, показанный на рис.4, путем обратного преобразования Фурье функции (13).

Если импульсная реакция ЗА определяемая формулой (16), близка по форме к имеющгй место в действительности, то ЗА воспринимает сложный временной световой сигнал в несколько искаженном виде и только гармонический сигнал остается гармоническим, но получает сдвиг фазы, достигающ ий на высоких частотах значения л/2, т.е. четверги периода.

Чисто временные изменения наблюдаемого объекта в повседневной жизни имеют место при использовании для освещения объектов искусственных источников света, питаемых от сети переменного тока, импульсных источников света, при освещении наблюд аемой сцены вспышкой молнии и т.п. Особенно восприяше изменения яркости во времени стало интересовать специалистов с внедрением в налгу жизнь кинематографа, телевидения и вычислительной техники. Изображение на экранах кинотеатров, кинескопов, дисплеев дискретизировано во времени и мелькает с определешой частотой. Замегаость этих мельканий затрудняет восприяше

изображений, поэтому предпринимаются особые меры дня снижения или устранения заметности мельканий изображения. В работе рассмотрены пуга снижения заметности мельканий изображения в кинематографе.

Для количественной оценки воспринимаемых ЗА колебаний яркости введен коэффициент заметности мельканий (или просто коэффициент мельканий)

[(Aa-Aof/A^ приАц^Ао

И

lo приА^А,,.

Здесь A^ - амплитуда воспринимаемых ЗА колебаний яркости экрана, равная A^=2sinc(7!T|0)K!a(vc); где т^ - коэффициент обтюрации кинопроектора, vc - частота мельканий изображения; А) - амплитуда шумоных процессов в ЗА равная 0,008.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что мелькания слабо заметны и не мешают восприятию изображения, если коэффициент мельканий ж превышает 0,2. Цредельное значение этого коэффициента не должно превышать 035.

Существующие кинопроекционные аппараты с двухлопастными механическими обтюраторами позволяют производил» кинопроекцию с яркостью киноэкрана, установленной существующим стандартом 50+15_i5 кл/м2, с коэффициентом мельканий £„<0,35. Однако с увеличенной; яркости киноэкрана с целыо повышения качества кинопоказа мелькания изображения становятся недопустимыми.

Для решения проблемы был предложен кинопроектор нового поколения с импульсным питанием кинопроекционной ксеноновой лампы и с трехкратным освещением каждого кадра. В результате частота мельканий изображения была увеличена с 48 до 72 Гц, что значительно превышает разрешающую способность ЗА во времени при любой яркости киноэкрана. Мелькания изображали стали совершенно не заметны. Кроме того, исследования, проведенные совместно с ведущими специалистами в области физиологии зрения, показали, что частота мельканий 72-77 Гц при яркости киноэкрана 180-200 кд/W2 оказывает благотворное влияние на психофизиологическое состояние кинозрителей. Снижается утомляемость и повышается концентрация внимания.

Кинопроекционные аппараты нового поколения уже функционируют в нескольких кинотеатрах Минска

Пространственно-временные преобразования происходят при наблюдении движущихся объектов. Последнее может происходил, цри сопроводительном взоре и при неподвижном взоре > наблюдателя. В первом случае изображение движущегося объекта остается практически неподвижным на поверхности сетчатки и воспринимается как и изображение неподвижного объекта Во втором же случае за счет фильтрации ЗА временных частот воспринимаемое ■ изображение будет несколько «смазанным», что уменьшает количество получаемой наблюдателем информации об этом объекте.

Пространственная импульсная реакция смаза найдена на основе формулы (16):

Faf(x')=a.exp(-a,x01(x'), (19)

rn;ex-Vt,ai=a/V, V - скорость движения изображения по сетчатке глаза

Временная АЧХ [формула (13)] также преобразуется в пространственную АЧХ смаза:

кцо^кда^], (20)

где %rv/V, NorVq/V.

Временная ФЧХ, определяемая формулой (18), аналогично преобразуется в пространстаенную ФЧХ смаза

(рыС^акЛ^л^аО- (21)

Поскольку пространственная импульсная реакция шаза описывается функцией, не являющейся четной, то в воспринимаемом изображении движущегося объекта возникает не только его смаз, но и некоторые искажения.

Если в плоскости транспаранта имеется протяженный вдоль осей х" и / объект, и его изображение на поверхности сетчатки описывает функция ТгЛх'У), то'при движении изображения этого обьекгавдсшь оси х1 сетчатки на выходе ЗА будем имел, воображение

Найти выходной сигнал по заданному входному сигналу можно и с использованием частотных характеристик, определяемых формулами (20) и (21). Для этого преобразованием Фурье входного изображения Р„(х,у) находят его спектр Спектр выходного сигнала при сдвиге будет равен

Полученный результат учитывает как смаз, так и некоторые искажения в воспринимаемом ЗА образе движущегося объекта Однако эти искажения слабо заметны и наблюдатель при неподвижном взоре воспринимает в основном смаз в облике движущегося объект. Поэтому при общем анализе систем допустимо упростил, вычисления с учетом лишь смаза видимого образа объекта. В данном случае спектр выходного светового сигнала определяет выражение

К промежуточным системам, воспроизводящим д вижущиеся изображения объектов, относятся кинематограф, видеотехника и телевидение. Во всех этих системах движущееся изображение подвергается дискретизации во времени. Поэтому воспринимаемое изображение может быть только физиологически точным. Для того, чтобы в воспринимаемом изображении отсутствовали искажения, вызванные дискретизацией изображения во времени, параметры систем должны бьпъ согласованы с параметрами ЗА т.е. с его ВЧХ и временной импульсной реакцией

Таким образом, предложенная обобщенная физико-математическая модель ЗА позволяет найги воспринимаемый зрительный образ изменяющегося во времени объекта как при его чисто временных, так и црсхлранственно-временных изменениях. Основными математическими операторами данных преобразований являются {ременные АЧХ и ФЧХ ЗА а также ПЧХ и импульсная реакция смаза.

В главе 3 излагается разработанная на основе обобщенной физико-математической модели ЗА методология количественной оценки получаемой зрительной информации.

В теории информации для описания свойств сообщений, вероятности появления которых заданы, введено поняпзе энпропии. Энгропия - мера количества информации, приходящегося на каждое сообщение. Она определяется вероятностью появления сообщений и достигает своего максимального значения в тех случаях, когда появление сообщений равновероятно. Если количество сообщений равно М и появление каждого из них равновероятно, то энгропия будет равна

Н-1пМ (22)

№ этой формулы следует, что количество информации, содержащейся в сообщении, появление которого равновероятно, равно логарифму количества сообщений, поступающих получателю.

Поэтому чем большее количество сообщений, отличающихся дат от друга, приходит к получателю, тем больше подробностей содержит каждое сообщение и, следовательно, тем большее количество информации несет в себе.

Значение Н определяет максимальное количество информации, которое может содержать воспринимаемый получателем, в нашем случае ЗА, сигнал. Поэтому данное значение Н назовем информационной емкосшо зрительного аналюагораи обозначим Б7:

НЧпМ (23)

С использованием основных положений теории информации показано, что информационную емкость ЗА для одномерного сигнала времени длительностью Т определяет выражение

нат.ед (24)

о

Информационную емкость ЗА, отнесенную к единице времени, назовем информационной плотностью воспринимаемого ЗА светового сигнала

уч>

Нр^/Г^тК^^Ь^^наг-едУс. (25)

о

Для двумерного сигнала, например, изображения на сетчатке глаза площадью О, информационная емкость равна

№

Н^заО[тК2^я)1ап1Кза(аднаг.ед. (26)

о

Информационная плотность воспринимаемого ЗА светового сигнала в данном случае равна информационной емкости, отнесенной к единице площади сетчатки глаза, т.е.

№

Н^=НУ0^2^тК2^2^Ь1|К^аднш:.едЛ1М2. (27)

о

Изложенные понятия являются остовой для вычисления количества получаемой ЗА информации.

Найдем информационную емкость и информационную плотность воспринимаемого ЗА светового сигнала при наблюдении неподвижного черно-белого объекта, расположенного в двумерном пространстве. Если ПЧХ ЗА аппроксимирована функцией (4), то, подставив это выражение в формулы (26) и (27) и выполнив интегрирование, находим

Н'=4Н2мОт[1-2/(п+2)] (28)

и

Нр'==4Кгаат[1-2/(п+2)]. (29)

Если принял^ что площадь С? изображения на сетчатке пиза определяется полем ясного ведения с угловыми размерами 22x30°, то информационная емкость ЗА при яркости поля адаптации 1-100 кд/м2 равна Н=12,9х106 нат.ед=18,6х10'5 бит, а при ЬИгкд'м2 - Н"=8,2х10б нат.ед=11,8х106биг.

Приведенные значения информационной емкости ЗА справедливы, когда наблюдатель длительное время рассматривает конкретный объект (транспарат), «обегая» его взором и совмещая с заинтересовавшими его деталями объекта зону фовеального зрения. В данном случае ЗА допустимо рассматривать как инвариантную к сдвигу систему. Если же наблюдателю предъявляют объект на ограниченное Бремя или он его рассматривает при неподвижном взоре, то необходимо учитывать снижение разрешающей способности ЗА по полю изображения. В данном случае разрешающую способность ЗА следует приняхь равной ее средней величине в пределах поля ясного видения. Вычислено, что ссли поле ясного видения сосгайляст ±15° по горизонтали и ±11° по вертикали, то информационная емкость ЗА составит Н=1,9x10е и Н-1,2x106 нат.ед д ля яркостей поля адаптации 100 и 12 кд/м2 соответственно, т.е. снизится примерно в семь раз. При общем анализе системы, если нет особых оговорок, то считается, что ЗА удовлетворяет условию инвариантности к сдвигу.

Информационная плотность воспринимаемого ЗА светового сигнала на основе выражения (29) будет равна для Ь= 1 ООкд/м21 Гр^2,4х 105 наг.сд/мм2=3,5х105 бит/мм2; для Ь=12 кд/м2 Н'р-1^х10,шт.ел/мм2=22х105 бшЛм2.

Приведенные примеры показывают, что с увеличением яркости поля адаптации ЗА с 12 до 100 кд/м2 как информационная емкость ЗА, так и информационная плотность светового сигнала возрастают в 1,6 раза Следовательно, и воспринимаемая четкость наблюдаемых объектов при этом существенно повышается. Показано, что при дальнейшем увеличении яркости поля адаптации рост информационной емкости и информационной плотности светового сигнала сначала замедляется, а затем снижается. Поэтому яркость Ь=100 кд Лл2 следует считать оптимальной.

Если объектом наблюдения является изображение на киноэкране, то ПЧХ кинематографической системы К„$) приводится к поверхности сетчатки глаза и умножается на ПЧХ ЗА КД). Из итоговой ПЧХ

Ки^кдад)

определяются параметры ш,п,К По формулам (28) или (29) находятся значения Н'и Нр'.

Для количественной оценки важнейшего показателя качества воспринимаемого изображения -его резкости (или четкости) использован метод ВГ.Комара Последний основан на оценке субъективного показателя качества изображения - его резкости в зависимости от объективного параметра системы записи и воспроизведения изображения - критической пространственной частоты входящей в формулу, аппроксимирующую пространственную часплную характеристику кинематографической системы. Причем яркость киноэкрана принята постоянной и равной 40 кд/м2.

На основе разработанной методологии с использованием метода ВГ.Комара показано, что при кинопроекции фильмокопии (со средним коэффициентом пропускания на кадре ОД) с разрешающей способностью 35 мм"' и яркостью киноэкрана 40 кдДл2 зритель четкость изображения оценит лишь на «хорошо». При повышении яркости киноэкрана до ее ошимальной величины 330 кд/м2 зритель четкость того же фильма оценит на «отлично». В данном случае информационная емкость кадра (или его площадь) как бы увеличивается в 2,8 раза. Это доказывает возможность существенного улучшения качества кинопоказа только лишь повышением яркости киноэкрана

На основе проведенного анализа найдена зависимость оценки четкости изображения на шкале категорий от информационной плотности светового сигнала, получаемого зрителем в кинотеатре.

В настоящее время ведутся интенсивные работы по внедрению в кинотеатры электронного кинематографа. В связи с этим в работе рассмотрены особенности наховдения итоговой информационной плотности воспринимаемого ЗА светового сигнала в новой кинематографической системе.

Пусть матрица ПЗС передающей телевизионной камеры содержит светочувствительные элементы (пикселы) квадратной формы размером АхА, расположенные в рядах с интервалами X* вдоль оси Ох и вдоль оси Оу. Следовательно, если размер матрицы равен ХхУ, то общее количество пикселов составит

Р=ХУ/Х*^д/Х*2, (30)

где О- площадь матрицы. Каждый элемент описывается функцией

Р^(х,у)=(1/А)гес((х/АХ1/А>есКу/А). (31)

Фильтрующее действие элементов зависит от их размеров и определяется пространственной частотой характеристикой (ПЧХ). Последняя находится преобразованием Фурье функции (31):

(32)

На рис.5,а сплошной линией покапана ПЧХ элемента размером А=Х*, т.е для случая, когда светочувствительные элементы вплотную примыкают друг к дату. Поскольку изображение вдоль осей Ох и Оу дискретгизировано с -частотой 1/Х* то частоты, большие половины частоты дискретизации 0,5/Х*Ю,5/А (заштриховано на рис.5 ,а), не несут в себе полезной информации, а являются причиной возникновения искажений, вызванных дискретизацией изображения, проявляющихся в виде «муар-эффекта». Следовательно, ПЧХ опишет функция

(33)

Если размеры элементов уменьшить до А=0,5Х*, то удельный вес вредных частот увеличится (ПЧХ для данного случая показана на рис.5 д штрихпунктирной линией) и искажения станут более заметны. Если подобные искажения до некоторой степени допустимы при просмотре кинофильмов в домашних условиях, то совершенно не допустимы в театральном электронном кинематографе.

Устранение искажений возможно лишь усилением фильтрации нижних пространственных частот на входе системы. Наиболее эффективно усиление фильтрации нижних частот путем объединения (спаривания) двух соседних светочувствительных элементов матрицы ПЗС вдоль осей Ох и Оу таким образом, чтобы в каждый данный момент времени усреднение освещенности на участке изображения осуществляли одновременно примыкающие друг к другу четыре элемента. При этом эквивалентный размер элементов составит А=2Х*. ПЧХ для данного случая показана на рис.5,а штриховой линией. Из анализа рисунка следует, что теперь частоты, большие 0,5/Х*, почш полностью подавлены и, следовательно, искажения в значительной степени устранены.

Из рис.5,а следует, что только средняя часть ПЧХ светочувствительных элементов размером А=Х*, простирающаяся до частоты 0,5/Х*=0,5/А, содержит информацию об изображении. В области частот до 0,5/А функция (33) близка по своей форме к функции, обладающей круговой симметрией (см.рис.5,б). Поэтому ее допустимо аппроксимировать функцией

К(1)=ехр[-11<Ш)п]стс(21Х*), (34)

где Н&ЧУ , ш - логарифм отношения сигнал/шум, N - частота, при которой значение ПЧХ достигает уровня пума, п - показатель степени, определяющий форму ПЧХ Если пришпь пт=3,14; N-1,15/^ п=2Д аппроксимирующая функция пройдет через точки, обозначенные на рис.5,а кружками.

Приведя ПЧХ К® к поверхности сетчатки и найдя итоговую ПЧХ системы, по излсжешсй выше методике находят информационную плошостъ воспринимаемого в элекгоонном кинематографе светового сигаала.

В работе проведено также сопоставление информационной емкости кадра в фотографическом и электронном кинематографах На основе формулы (34) найдено, что информационная емкость кадра при количестве пикселов Р

Н'=Рт[1-2(2ЫХ*Я2-+11)-1] при Х*>0,5М Г351

Еспиш=3,14;№1,15/А;п^Лтоимеш: 1 '

дляА=ОДХ* Н=3,1Р, (36)

ДггяА=Х* НЧ2,9Р, (37)

Д®гА=2Х* Н=2ДР. (38)

Таким образом, качество (четкость) воспроизюдимого изображения в электронном кинематографе зависит не только от количества пикселов, но и от размеров светочувствительных элементов матрицы ГОС.

В фотографической кинематографической системе дискретизация изображения по пространственным координатам отсутствует. Ее можно применить лишь условно разбив изображение на элементы таким образом, чтобы не потерять содержащуюся в изображении информацию. Если разрешающая способность изотропной кинематографической системы равна ^тов соогвегсшии с теоремой Котельнишва каждый кинокадр возможно представил, в виде отсчетов, взшых вдоль осей Ох и Оу через интервалы 0,5/4, Общее количество элементов («фотографических» пикселов) будет равно

ще Ои: - площадь кинокадра.

Информационная емкость кадра -

н^^ОиЛ^п^^гсг+пу1^ Р^! -2С2+П)-1 ]. (40)

Примем пг=3 Д, п=2, тогда

Н'К=1,6Р№. (41)

Из сопоставления выражения (41) с формулами (36), (37), (38) можно заключить, что для принятых параметров электронного и фотографического кинематографов одинаковые информационные емкости кадров будут иметь место тогда, когда соотношения между количеством пикселов будут равны:

для А=0,5Х* и А=Х* дляА=2Х* 1КЗ/4)Ри>

С учетом неизбежных потерь информации в оптической системе передающей телевизионной камеры в работе принято, что для А=2Х* РгР,^ Например, в обычном 35-мм кинематографе при яркости киноэкрана 40 вд'м2 при расположении зрителя на лучших местах в кинотеатре четкость изображения будет оценена на «отлично», если разрешающая способность системы до фильмокопии равна N^=54 мм"1. Количество «фотографических» пикселов согласно формуле (39) будет равно Р,с=4х 16х22х542=4ДхЮ6. Следовательно, в электронном кинематографе (А~2Х*) при тех же условиях рассматривания изображения матрица ПЗС должна содержать Р=4,1х106 элементов. В существующем стандарте 24Р предусмотрено Р=1080х1920=2,1хЮ6, т.е. в два раза меньше. Вычисления показывают, что для такого значения Р изображение будет равноценно фотографическому изображению при N,¿=34 мм"1 и его четкость будет оценена зрителями не на «отлично», а лишь на «хорошо».

На основе проведенного анализа также сделано заключение о тш, что в системе элекгронного кинематографа принятого формата 24Р четкость экранного изображения можно поднять от оценки «хорошо» до оценки «отлично» лишь повышением яркости экрана с 40-50 до 300-330 кдМ*. При этом следует иметь в виду, что при проекции изображения на киноэкран достаточно больших размеров современными видеопроекторами получить высокую яркость киноэкрана трудно или невозможно. Если же использовать матричные (например, плазменные) экраны, то обеспечить яркость 300-330 кд/м2 не представляет труда. Это еще раз подтверждает перспективность использования матричных экранов в театральном электронном кинематографе.

Таким образом, разработанная методология позволяет количественно оценивать получаемую ЗА визуальную информацию при наблюдении как реальной действительности, так и промежуточных изображений, образованных на экранах систем записи и передачи изображений, на экранах дисплеев, а также образованных оптическими системами микроскопов, телескопов и тл.

Процессы зрительного восприятия изменяющегося во времени объекта в рабой;, как было показано выше, разделены на чисто временные й на пространственно-временные.

ВЧХ зрительного анализатора описывает функция

(42)

Информационную плотность светового сигнала во времени согласно выражению (25) выразит соотношение

Н,р=2укрт[1-1/(л+-1)]=2уЧ(4,8[1-1/(2+1)]. ' (43)

Приняв, например, ^=60 Гц, находим Н'р=384 даг.ед/с=553 биг/с. Это сравнительно не большая величина информационной тклносш светового сигнала, воспринимаемого ЗА. Однако чрезмерно большой информационной плогносш светового сигнала во времени, воспринимаемого ЗА, версипно и не требуется, поскольку с чисто временными изменениями яркости объекта человек в повседневной жизни встречается сравнительно редко.

При пространственно-временных изменениях объекта наблюдение движущегося объекта может был. двух ввдов - при сопроводительном взоре наблюдателя и пр!и его неподвижном взоре. Причем считается, что движется обьекх наблюдения по прямолинейной траектории с постоянной скоростью V. В данном случае не представляет труда отслеживать рассматриваемый объект таким образом, чтобы его изображение оставалось неподвижным относительно поверхности сетчапси глаза. Информационная плогность воспринимаемого пространственного светового сигнала будет такой же, как и при наблюдении неподвижного объекта.

Подобный идеализированный процесс восприятия д вижения объекта во многих случаях имеет место в действительности. Однако при движении объекта по сложной траектории и с переменной скоростью усложняется процесс его отслеживания, что затрудняет удержание изображения неподвижным на поверхности сетчатки глаза. Происходит частичный сдвиг изображения относительно поверхности сетчатки, а следовательно, и снижение информационной плотности воспринимаемого пространственного светового сипша так же, как это имеет место при неподвижном взоре наблюдателя.

При сдвиге изображения относительно сетчатки со скоростью V ПЧХ К^Д.) смаза определяет формула (20).

Итоговая 11ЧХ будет равна

маднадмьФ

Поскольку сдвиг происходит только вдоль одной координаты х, то итоговая ПЧХ будет анизотропна. Представим ее в виде функции с разделяющимися переменными

Тогда информационная плотность сигнала в пространстве будет равна

ПЧХ смаза получена как производная из формулы для ВЧХ ЗА. Чем выше информационная плотность воспринимаемого сигнала во времени, тем больше буцет и информационная плотность светового сигнала при восприятии движения, а четкость воспринимаемого образа объект выше. Поэтому основным показателем ЗА при анализе преобразований как чисто временных, так и пространственно-временных изменений объекта является его ВЧХ и информационная плотность, определяемая формулой (43).

В диссертации разработаны методы оценки количества информащш, получаемой в системах записи и воспроизведения изменяющихся во времени изображений - в фогорегистрагорах, при высокоскоростной киносъемке. Наиболее подробно анализируется получение зрительной информации в театральном фотографическом и электронном кинематографе.

Вначале рассмотрена идеализированная кинематографическая система, в которой ни киносъемочный аппарат, ни кинопроектор не осуществляют фильтрацию временных частот, а в системе отсутствуют источники шума.

Согласно теореме Котельникова частота ус как кинопроекции, так и киносъемки принята в два раза большей разрешающей способности ЗА во времени, т.е. у<г2Уф. Если уч,=60 Гц, то ус=120 кадр/с.

Частоты, превышающие половину частоты дискретизации, не несут в себе полезной информации. Поэтому ВЧХ киносъемочного 10(у) и кинопроекционного К^у) аппаратов, а также кинематографической системы К^у) опишут функции

ВД=гес1(уЛ/с); К^^гес^/Уе);

(44)

Итоговая ВЧХ системы, включающей ЗА равна

Таким образом, итоговая ВЧХ рассмотренной идеализированной кинематографической системы равна ВЧХ ЗА Следовательно, и информационная плотность воспринимаемого в кинематографе временного светового сигнала будет равна информационной плотности светового сигнала, воспринимаемого ЗА при рассматривании реальных изменяющихся во времени объектов. Этм доказывается то, что рассмотренная идеализированная кинематографическая система принципиально может обеспечить в кинематографе идеальное воспроизведение изменяющиеся во времени изображения, которое зрительно не отличается от реального объекта. К подобной системе следует стремиться разрабатывая новые кинематографические системы Однако существующая кинематографическая система существенно отличается от рассмотренной.

Частота киносъемки и кинопроекции принята равной всего лишь ус=24 кадр/с, что объясняется экономическими соображениями. Показано, что снижение частоты кинопроекции до 24 кадр/с даже в идеализированной кинематографической системе приводит к уменьшению информационной плотности воспринимаемого светового сигнала до 112 нат.едУс, т.е. в три с половиной раза по сравнению с информационной плотностью светового сигнала, воспринимаемого при наблюдении реальной действительности (384нат.ед/с).

В реальной кинематографической системе как киносъемочный, так и кинопроекционный аппараты осуществляют фильтрацию временных частот. В современных киносъемочных аппаратах используют однолопастные обтюраторы с характеристикой обпорации близкой к прямоугольной и коэффициентом обтюрации равным 0,5. ВЧХ такого киносъемочного аппарата описывает функция К<{у)=ягю[7еу/(2ус)].

В кинопроекционных аппаратах используют обтюраторы, дважды перекрывающие световой поток за период смены кадров. Они имеют характеристику обпорации близкую к прямоугольной при коэффициенте обпорации равном 0,5. ВЧХ кинопроектора описывает функция К„(у)=5тс[71у/(4ус)]с0з[27су/(4ус)].

ВЧХ кинематографической системы будет равна

К^У>^[^(2Ус)]япс[71У/(4Ус)]СО5[2яу/(4Ус)]. (45)

Итоговая ВЧХ сквозной кинематографической системы аппроксимирована функцией

К^>-ехр[-та(у/27)п] теф/ус). (46)

В данном случае информационную плотность воспринимаемого в кинотеатре светового сигнала во Бремени определит выражение

Нр=у(?П[1-(2Х27/УЛ1+П)"1]- (47)

Подставив в формулу (47) значения пг=ЗД, ус=К24 с1, п=2, находим Нр=71 нат.едУс. Следовательно, фильтрация киносъемочным и кинопроекционным аппаратами временных частот, а также наличие шумов в системе привели к снижению информационной плотности воспринимаемого зрителем светового сигналасо 112 до71 нат.едУс.

Низкое значение Н"р (71 наг.ед/с) показывает, что восприятие изображений изменяющихся во времени объектов в современном кинематографе существенно отличается от восприягая изменений во времени реальных объектов. Наиболее характерными отличиями являются искажения, вызванные недостаточной частотой диекрепизации, т.е. частотой киносъемки и кинопроекции. К пространственно-времешгым искажениям относятся стробоскопический эффект, прерывистость движения, дробление и смаз изображений.

Показано, что замешость стробоскопического эффекта и прерывистости д вижения изображения в существующей кинематографической системе можно снизить усилением фильтрующего действия киносъемочного аппарата, т.е. увеличением его коэффициента обтюрации. Однако при этом уменьшается информационная плотность воспринимаемого светового сигнала, что проявляется в увеличении смаза изображения. Поэтому этот путь устранения искажений практически не используется.

Дробление изображения является наиболее неприятным искажением в кинематографической системе. Оно возникает при сопроводительном наблюдении д вижущегося изображения. В работе доказано, что этот вид искажений в существующей системе кинематографа устранить невозможно. Оптимальный пуп> устранения дробления изображения - повышение частоты кинопроекции до критической частоты слияния мельканий, т.е. в зависимости от яркости экрана до 48.. .60 кадр/с.

Показано, что при этом также значительно снижается возможность возникновения стробоскопического эффекта и уменьшаются замегаость прерывистости движения и смаз изображения. Таким образом, повышение частоты кинопроекции в два - два с половиной раза почта полностью устраняет замешость искажений, вызванных дискретизацией изображения в кинематографе.

Новая кинематографическая система была нами теоретически обоснована в 1980-х годах и названа «Кинематограф высокого качества» (КВК). Позже в США кинооператором Трамбешхом были поставлены широкомасштабные эксперименты по проверке изложенных теоретических положений. В результате просмотра экспериментальных роликов, снятых и проецируемых с различными частотами от 24 до % код/с, было установлено, что резкий скачок повышения ^ качества передачи движения наступает при частоте кинопроекции 48...60 кадр/с. Дальнейшее повышение частоты кинопроекции не д ает существенного улучшения качества кинопоказа

На основе проведенных экспериментов в США была создана ттовая кинематографическая система «Шоускан» с частотой кинопроекции 60 кадр/с. При такой частоте кинопроекции полностью отсутствует замегаость мельканий и дробления изображения даже при значительном повышении яркости киноэкрана В системе «Шоускан» яркость экрана увеличена до 180-200 вд^м2.

В мире создана сеть кинотеатров, работающих по системе «Шоускан». Кроме того, существуют несколько модификаций данной системы с частотой кинопроекции 48 кщцУс. Первая в нашей стране действующая киноустановка по системе КВК оборудована при непосредственном участии автора в актовом зале на 560 мест Санкт-Петербургского государственного университета кино и

телевидения. Были сняты экспериментальные киноролики, которые демонстрировались широкому кругу специалистов и рядовым кинозрителям.

В результате вычислений найдено, что информационная плотность воспринимаемого светового сигнала в системе КВК составляет Н'р=155 нат.едУс, т.е. в два с лишним раза выше, чем в существующей кинематографической системе. Этим объясняется значительный скачок в повышении качества кинопоказа в новой системе кинематографа

Довольно подробно принцип новой кинематографической системы в работе рассмотрен вследствие того, что современная техника киносъемки и кинопроекции принципиально не отличается от созданной более столетия тому назад. Она в настоящее время сдерживает улучшение качества кинопоказа путем повышения яркости киноэкрана, сужает творческие возможности постановщиков кинофильмов наложением ограничений на скорость передвижения изображения по киноэкрану, не обеспечивает требуемой четкости изображения. Причина этого - недостаточная информационная плотность временного светового сигнала, воспринимаемого зрителем в кинотеатре. Переход к новой системе кинематографа не только позволит повысить качество кинопоказа, но и даст значительный экономический эффект по сравнению с существующей кинематографической системой

Однако дальнейшие работы по развитию систем КВК и «Шоускнн» были приостановлены. Причину такого положения мы видим в том, что в мире начались широкомасштабные работы по созданию электронного кинематографа, который, как представляется, может дать аналогичный результат более простыми техническими средствами

Работы по созданию электронного кинематографа ведутся в ряде ведущих стран мира. Судя по публикациям качество кинопоказа в некоторых системах уже приблизилось к качеству кинопоказа в 35-мм фотографической кинематографической системе. Однако замена одной системы другой при том же качестве кинопоказа вряд ли привлечет дополнительных зрителей в кинотеатры. Электронный кинематограф может вытеснить фотографический при существенном повышении качества кинопоказа

В диссертационной работе рассмотрены пуш повышения качества кинопоказа в электронном кинематографе до уровня КВК с частотой кинопроекции 60 кодУс и 70-мм кинолентой (с шагом кадра 5 перфораций). Подсчеты показывают, что для получения требуемой информационной плотности светового сигнала необходимо воспроизвести цифровой поток со скоростью до 1...1,5 Гбаш/с. Это вызывает известные трудности при использовании нвдеомагнигофонов существующих конструкций с применением магнитных легп или видеодисков. Наиболее рациональным решением проблемы является переход к твердотельным носителям записи, где скорость цифрового потока практически не ограничена Препятствием является недостаточная информационная емкость существующих устройств памяги.

Несомненно, информационная емкость твердотельных накопителей со временем будет возрастать. Поэтому применение твердотельных запоминающих устройств в элеюронном кинематографе вполне реально и будет способствовать значительному повышению качества кинопоказа

Электронный кинематограф имеет существенное достоинство - возможность воспроизведения изображения на матричном киноэкране, яркость которого может достигать 300 и более кд/м2 при любых размерах киноэкрана Нет сомнений в том, что со временем будут разработаны

конструкции экранов и технология их изготовления, которые позволят реализовать сравнительно дешевые высококачественные матричные киноэкраны, вполне доступные для оснащения кинотеатров.

Таким образом, изложенная методология позволяет оценивать количество получаемой информации об изменениях объектов ю времени как при наблюдении реальной действительности, так и при воспроизведении изображений объектов в системах их передачи или записи на носителе, в том числе и в инфсрмационно-измерительной технике.

Глава 4 посвящена рассмотрению особенностей восприятия ЗА цветною объекта. На базе материала, излаженного в предыдущих главах, определяется количество воспринимаемой информации при наблюдении цветных объектов.

Со времен М-ВЛомоносова гредполагалось, а в середине XX века экспериментально подтверждено, что светочувствительные приемники сетчатки глаза - колбочки не одинаковы по огпическим спектральным свойствам. Разница в распределении оптической спектральной чувствительности позволяет разделить их на три группы

Коротковолновые световые излучения возбужд ают преимущественно синеощутцающие центры, средневолновые - преимущественно зеленоощупрютцие центры, а длинноволновые -преимущественно крагасхлцутщющие центры. Следовательно, зрительный анализатор осуществляет дискретизацию оптического спектра излучения, причем только по трем отсчетам вдоль оси А.

Основным математическим оператором, необходимым для анализа восприятия цвета зрительным анализатором, является спектральная чувствительность цвегоошущающих центров Определил, непосредственно спектральную чувствительность колбочек довольно трудно. Решил, эту задачу было предложено косвенным путем - нахождением кривых сложения (или смешения) зрительного анализатора Впервые кривые сложения были получены в середине XIX столетия КМаксвеллом. Кривые сложения строятся на трех монохроматических излучениях источников, которые подобраны таким образом, что каждый из них излучает свет, действующий в основном на красно-, зелено- или синечувствитешгые колбочки. Они создают линейно независимые цвета, т.е. три цвета, любой из которых не может бьпь получен смешением двух других цветов.

Как КМаксвеллом, так позже на более совершенном оборудовании Райтом и другими исследователями было установлено, что кривые сложения, построенные на реальных монохроматических излучениях, обязательно имеют отрицательные ветви. Это вводило и вводит до сих пор в сомнение многих исследователей. Дело в том, что как КМаксвелл, так и другие ученые предполагали, что кривые спектральной чувствительности цветоошушэюших центров должтгы бьпь подобны кривым сложения. Однако это предположение до сих пор не получило экспериментального подтверждения и является по существу гипотезой. Существование приемников излучения, имеющих для одних длин волн положительную, а для других отрицательную чувствительность, представляется совершенно не реальным. Кроме того, была не понятна цель создания природой таких сложных цвегоошущающих центров ЗА. Однако необходимость подобного феномена можно объяснить тем, что зрительный анализатор осуществляет дискретизацию оптического спектра, и это доказано как теоретически, так и экспериментально.

В работе построены спектральные характеристики (импульсные реакции) идеальных светоприемников, которые обеспечили бы при дискретизации по переменной X получение максимального количества информации об оптическом спектре излучения. Устранил, искажения и получить максимальное количество информации в системах; с дискретизацией возможно в том случае, когда на входе системы применен идеальный фильтр нижних частот, полностью подавляющий все частоты, большие половины частоты дискретизации.

Положим, что оптический спектр, воспринимаемый ЗА, дискретизируется с шагом дискретизации \*=15 нм. Частота дистфетизации равна 1Л*=1/75 нй"1, а отсчеты находятся на длинах волн, равных 475, 550 и 625 нм (рис.бД Идеальный фильтр, полностью подавляющий частоту 0,5А*=1/150нм"', имеет импульсную реакцию

где с - нормировочный коэффициент. В точках отсчетов будем иметь импульсные реакции F°^)=csinc[7i(X.475y75]rect{(X-550y300]; I^)^inc[7i(X-550y751rect[(^550y300J; РД)=татс[7т(Х-625у75>т[(1-550у300].

Множитель rectf(Х.-550уЗ 00] ограничивает импульсные реакции пределами длин волн видимого участка спектра, как это показано на рис.б,а. Вследствие этого, очевидно, реализовать полное подавление всех частот, больших половины частоты дискретизации, при наличии всего лишь трех точек отсчета невозможно. Поэтому искажения, вызванные дискретизацией сигнала, неизбежны, но из всех мыслимых импульсных реакций указанные выше обеспечивают наименьшие искажения при наиболее полной передаче информации о д искретизируемом cm нале.

Из сопоставления рис.6,а с рис.6,б, где приведены кривые сложения Райта, следует, что последние близки к кривым спектральной чувствительности идеальных светоприемников. Можно предположить, что в процессе эволюции зрительный анализатор человека совершенствовался так, чтобы при минимальном количестве цветоогцущающих центров обеспечить получение максимального количества информации об окружающем его мире. Это дополнительно подтверждает гипотезу о том, что кривые спектральной чувствительности цветгощутцающих центров должны быть подобны кривым сложения, построенным на реальных линейно независимых цветах. Ощущение цвета возникает в мозгу, с которым колбочки связаны нервными волокнами. Эти волокна передают три вида сигналов, пропорциональных интенсивности воздействия светового излучения, на красно-, зелено- и синечувешпельные группы колбочек. Каждый субъективно воспринимаемый цвет определяется соотношением величин сигналов, идущих от трех групп колбочек. Таким образам, если цветоошущаютцие центры осуществляют фильтрацию сигнала на входе зрительного анализатора, то мозг выполняет роль своеобразного фильтра на его выходе. Но воссоздает он не оптический спектр, который дискретен, а непрерывную гамму цветов.

Примем, что кривые спектральной чувствительности красно-, зелено- и ошеощущаюших центров ЗА ВКД), ff <$,), В^Д) подобны кривым сложения Райта, построенным на излучениях с длинами волн 650, 530, 460 нм. Тогда при восприятии излучения с оптическим спектром F(X), реакции цветоощутцающих центров будут равны

ТОО ТОО ТОО

В^Й^Д)^ В3-]р(Х)В'Д)сй; В^^Д)^. (48)

400 400 400

а) б)

Рис.6

Согласно нашим предположениям соошошение величин этих трех реакций и определяет цвет, воспринимаемый зрительным анализатором. При восприятии очень насыщенныхи особенно спектральных цветов одна из величин В", В3 или Вс может имел, отрицательное значение.

Гипотезу о том, что кривые спектральной чувствительности цветоошушающих центров подобны кривым сложения, построенным на реальных цветах, косвенно подтверждают также результаты работ, направленных на реализацию трехцветных фотографических систем. Попытки получть высококачественные цветные изображения при спектральных характеристиках приемников, не имеющих отрицательных ветвей, в том числе и подобных принятым кривым спектрального распределения реакций цветоошушающих центров, не увенчались успехом. Получаемые изображения имели невысокое качество, что сдерживало широкое распространение цвегаой фотографии. Задна была решена имитацией отрицательных ветвей кривых спектральной чувствительности кинопленок путем применения маскированных нетинных кинопленок, а в телевидении - цветокоррекции методом матрицирования. Подобные методы хота и не решают задачу в полной мере, но получили широкое применение в системах записи и передачи цветных изображений

Нет сомнений в том, что истинные значения спектральной чувствительности цвегоогцущающих центров близки по форме к кривым сложения. Однако для уточнения их значений необходимо проведение дальнейших теоретических и главным образом экспериментальных исследований.

В первом приближении примем обобщенную физико-математическую модель восприятия цвета, согласно которой спектральная чувствительность цветоошущающих центров ЗА подобна кривым сложения, построенным на линейно независимых реальных монохроматических излучениях источников сравнения.

Информационная емкость ЗА то восприятию цветов зависит от максимального количества М^ цветов, которое ЗА способен различил,. Вопросом нахождения максимального количества различаемых цветов занимались многие исследователи. Общее число цветов, воспринимаемых ЗА зависит от многих переменных факторов, поэтому до сих пор оно не установлено. Считается, что количество цветов, отличающихся как по цветовому тону и чистоте, так и по яркости и различаемых ЗА достигает нескольких десятков тысяч.

Примем в первом приближении, что число различаемых глазом цветов, которые отличаются друг от друга тоном, насыщенностью и яркостью составляет *МИ=20000...60000. Тогда информационная емкость ЗА по цвету будет равна всего лишь Н'=9,9... 11,0 нат.ед. Однако данные цифры мало о чем говорят, поскольку восприятие указанного количества цветов (без изображения) действительно не несет в себе существенной информации. Как уже указывалось, природа снабдила человека цветным зрением в основном с целью увеличения распознаваемости деталей окружающего человека мира. Поэтому правильнее учитывать информацию, вносимую цветовым зрением, как дополнение к информации, получаемой ЗА о пространстве. Если при восприятии ахроматических цветов, т.е. черно-белых объектов, ЗА различает 253 уровня яркости, то три цветовом зрении к данному количеству градаций яркости добавляется определенное количество качественных показателей цвета - цветовой тон и чистота цвета. Последние могут различаться ЗА для каждой фиксированной яркости объекта, увеличивая количество воспринимаемых уровней сигнала до 20000.. .60000.

Следовательно, можно принять, что логарифм отношения сигнал/шум будет равен пт4п(1/Л)=Ц20000...60000)=9,9...11,0 нат.ед., т.е. увеличится по сравнению с наблюдением черно-белых объектов (ш=5,5) примерно в два раза На столько же увеличится и информационная плотность воспринимаемого светового сигнала в пространстве, определяемая формулой Н'р=4ТчгЦ9,9. .. 11,0)11-2/(2+1,45)] наг.едЛш2.

Вполне гошпно, что доя высококачественного воспроизведения цветного изображения системы записи и передачи изображений должны обеспечить информационную плотность светового сигнала, воспринимаемого ЗА ж ниже чем они имеют место три восприятии ЗА действительности. При прочих равных условиях информационная емкость кадра при записи цветного изображения должна превышать как минимум вдвое информационную емкость кадра, требуемую для записи одноцветного черно-белого изображали. Например, в цветной фотографии и в цветном кинематографе используют многослойные цветные кинопленки, в которых три составляющих трехцветного изображения - коротковолновое, средневолновое и длинноволновое записываются в трех раздельных слоях. Все три слоя имеют примерно одинаковые ПЧХ, поэтому их информационные емкости примерно равны. Следовательно, информационная емкость в пространстве цветной многослойной кинопленки увеличена в три раза Если в одном слое кинопленки логарифм передаваемых уровней сигнала т=3,2 наг.ед, то в трехслойной кинопленке т=ЗхЗ ,2=9,6 нат.ед. Цри этом кинопленка способна передать е9/5=15000 цветов, отличающихся яркостью, цветовым тоном и чистотой цвета. В видеотехнике информационная емкость кадра при записи цветного изображения увеличена вдвое

В главе 5 рассматриваются особенности восприятия ЗА объектов, расположенных в трехмерном пространстве.

Восприятие трехмерности окружающего мира обусловлено целым рядом причин, к которым следует отнесли диспарагаосгь изображений на сетчатках глаз, конвергенцию и аккомодацию глаз.

Основную роль играет диспаратность (различия) изображений на сетчатках глаз при наблюдении протяженного в глубину объекта. Она обусловлена различными ракурсами, под которыми виден правым и левым глазом наблюдаемый объект. Сигналы, поступающие от правого и левого глаза, в мозгу наблюдателя объединяются, и в результате чрезвычайно сложных психофизиологических процессов возникает воспринимаемый наблюдателем стереоскопический образ обьекта

Для практических целей, а также для вычисления дополнительной информации, получаемой человеком при бинокулярном наблюдении действительности, необходимо оценип> тот зрительный стереоскопический образ, который возникает в нашем сознании. Данную задачу, не вникая в подробности психофизиологических процессов, происходящих в нашем мозгу, можно решить с использованием фюико-магемашческих мегодоа

Стереоскопическая разрешающая способность при бинокулярном зрении на расстоянии Й от наблюдателя определяется формулой

Ч^В/^З), (49)

где 5 - угловой предел разрешения ЗА. Формула (49) позволяет количественно оценить, на сколько подробно мы различаем пространственный облик объекта, расположенного на расстоянии 8. Она показывает количество различаемых планов объекта вдоль оси г.

Стереоскопическая разрешающая способность, приведенная к пространству изображений оптической системы глаза с фокусным расстоянием f и, равна

Ы^НА^2^). (50)

где Оо - продольное увеличение оптической системы глаза Значение N"0- не зависят от расстояния Я и постоянно на всей глубине световой модели объекта наблюдения. Стереоскопическую пространственную частотную характеристику ЗА вдоль оси г выразим формулой

К^О^-ЗД^Л (51)

Вычисления показывают, что три яркости поля адэпгации 100 кд(и? N„=1590 мм"1. Однако при постоянном расстоянии аккомодации глаза при удалении от поверхности сетчатки стереоскопическая разрешающая способность >ГСТ быстро снижается вследствие расфокусировки оптической системы паза. Поэтому ЗА не удовлетворяет условию инвариантности к сдвигу вдоль оси т. Однако при длительном восприятии объектов, расположенных в трехмерном пространстве, при переводе взора наблюдателя вдоль оси 7, а следовательно, и изменении расстояния аккомодации, формула (51) дает достаточно точные результаты Если задан спектр входного сигнала то по формуле

(52)

находам спекгр выходного сигнала, а следовательно, и воспринимаемый ЗА образ трехмерного объекта наблюдения

Изложенная в работе обобщенная физико-матсматическая модель позволяет достаточно точно представить себе восприятие трехмерного пространства ЗА человека Данная модель пригодна также для оценки восприятия пространства с использованием стереоскопических приборов в шформационно-юмеригельной технике, а также при рассматривании стереоскопических

изображений в стереофотографии и стереокинематографе. В данных случаях следует учитывать имеющий место базис сгереовидения и видимое увеличение объекта. Для восприятия трехмерного мира природа создала замечательный преобразователь сигналов. Ведь на входе ЗА мы имеем два миниатюрных двумерных изображения объекта наблюдения, расположенных на поверхностях сетчаток глаз. Информация об этих двумерных изображениях поступает в мозг, и в нашем сознании благодаря произведенным преобразованиям возникает трехмерный образ объекта — своеобразная виртуальная световая модель объекта. Световая модель вынесена за пределы мозга и нашей головы и предельно точно совмещена с поверхностью рассматриваемых объектов. ЗА как бы осуществляет обратную проекцию изображений, образованных на поверхности сетчатки глаз, что напоминает некую обратную связь между объектом и нашим сознанием. В зависимости от структуры объекта и условий наблюдения эта трехмерная модель доводит до нас очень большую и зачастую жизненно важную информацию.

С использованием только лишь физических предотавлений в работе опредезюно количество информации, которое содержит в себе данная виртуальная световая модель, существующая в нашем сознании.

При общем анализе системы принято, что ПЧХ ЗА вдоль оси 2 описывает функция (51).

Информационная плотность светового сигнала, образующего трехмерную световую модель, будет равна

Н^КсДДг^ 1 -3/(п 13)}~8х1590x1622х5,5[ 1 -3/(3+1,45)р6, Ы О8 наг.едУмм3. Т.е. она возросла по сравнению с наблюдением двумерного объекта (Н'р=2,4х105) примерно в 2500 раз.

И зга колоссальная информационная плотность светового сигнала в действительности имеет место, поскольку оптическая система каждого глаза вблизи сетчатки образует реально сущесшуюшую трехмерную световую модель огфужающей человека действительности.

Однако с сегчап<ами глаз вследствие их аккомодации совмещены только изображения объектов, на которых сконцентрировано внимание наблюдателя. Изображения остальной части видимых объектов, смещенных вдоль оси г, образуются на сетчапсах с расфокусировкой изображения и воспринимаются не достаточно четко. При переводе взора на другие объекты, расположенные на других расстояниях, автоматически происход ит конвергенция глаз и изменение оптической силы хрусталика гааза и с сетчаткой совмещаются изображения новых объектов наблюдения.

В работе показано, что при фиксации взором определенного сечения объекта наблюдения на заданном расстоянии аккомодации, среднее значение стереоскопической разрешающей способности на глубине световой модели равно >Гаф=0ДМ'С1, т.е. снижается в десять раз. Примерно во столько же раз снижается и среднее значение разрешающей способности И». Полому информационная плотность ЬГР воспринимаемого светового сигнала составит лишь 6,5х105 наг.едУмм3, т.е. только в 2,5 раза больше чем при восприятии двумерных объектов. Однако «обследуя» последовательно в течение какого-то промежутка времени все наблюдаемое пространство, ЗА способен воспринял, воо информацию, содержащуюся в световой модели.

С первых лет появления фотографии стереоскопический кинематограф. Сейчас

Дтттт г-пгууюц,! у^^фтгмгтгтарятт.! а ЗЯТСМ И

стереоскопического

СПетаИург I V N М иг

-- >Г

телевидения. Эш системы воспроизводят не трехмерную световую модель объекта, а два двумерных изображения - стереопару. Изображения рассматриваются с использованием стереоскопов или очков. В результате на сетчатках глаз образуются двумерные диспаратные изображения и только в нашем сознании при рассматривании стереоскопических изображений возникает трехмерная световая модель объекта. Формально информационная емкость системы записи стереопары увеличена по сравнению с системами записи обычных изображений в два раза Количество содержащейся в стереофотографии информации о третьем измерении объекта ограничено глубиной резко изображаемого пространства С учетом данного ограничения на основе разработанной методологии возможно наши информационную плотность светового сигнала при наблюдении стереоскопических изображений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получение зрительной информации человеком связано с чрезвычайно сложными психофизиологическими и физическими процессами преобразования сигнала изображения в зрительном анализаторе, что в значительной степени затрудняет создание модели зрительного анализатора, позволяющей решать многие практические задачи по обоснованию требований к системам преобразования, записи и передачи зрительной информации. Проблему предложено решить выделением изучения чисто физических процессов преобразования. сигналов зрительной информации, происходящих в зрительном анализаторе.

Доказано, что разработанная обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора, построенная на основе допущения о достаточной линейности и пространственной инвариантности зрительного анализатора, позволяет находить аналитическими методами воспринимаемый зрительным анализатором образ наблюдаемой человеком действительности, а следовательно, и достаточно точно оценить его возможности. Эта же модель пригодна для нахождения зрительного образа при наблюдении изображений, образованных в системах преобразований, записи и передачи зрительной информации, в том числе и в кинематографе.

Методика нахождения выходного образа объекта наблюдения на основе обобщенной физико-математической модели зрительного анализатора разработана с использованием основных положений теории линейных систем и теории дискретизации. На конкретных примерах показано, что эта же методика вполне пригодна для нахождения численными методами выходного образа объекта в реальном зрительном анализаторе с учетом его нелинейности и отклонений от условия пространственной инвариантности.

На основе обобщенной физико-математической модели с использованием основных положений теории информации разработана методика количественной оценки воспринимаемой зрительной информации, введены понятия «информационная емкость зрительного анализатора» и «информационная плотность воспринимаемого зрительным анализатором светового сигнала». Данная

методика пригодна для количественной оценки информации при восприятии объектов, расположенных в двумерном и трехмерном пространстве, черно-белых и цветных объектов, неподвижных и изменяющихся во времени объектов. Она дает основу для обоснования требований к системам преобразования, записи и передачи изображений.

Обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора апробирована при решении ряда важнейших практических задач:

- обоснования требований к яркости киноэкрана в кинема+ографе;

- установления норм на допустимые колебания яркости изображения в кинотеатре;

- при разработке и реализации кинопроекционного аппарата нового поколения с электронным управлением световым потоком, полностью устраняющего заметность мельканий изображения на киноэкране (получены два патента РФ на полезную модель);

- для обоснования и реализации системы кинематографа высокого качества, дающей резкий скачок в повышении качества кинопоказа, получившей распространение в США и других странах;

- при разработке и реализации кинопроекционного аппарата нового поколения для системы кинематографа высокого качества (получен патент РФ на полезную модель);

- для обоснования параметров систем фотографического и электронного кинематографов, обеспечивающих воспроизведение отличного по четкости изображения.

При Непосредственном участии и под руководством диссертанта выполнена серия экспериментальных исследований:

- по построению сенсорной характеристики зрительного анализатора на шкале категорий для коэффициента заметности мельканий изображения в кинематографе,

- по построению сенсорной характеристики зрительного анализатора на шкале категорий для яркости киноэкрана в кинематографе;

- по построению временной частотной характеристики зрительного анализатора;

- по оценке заметности искажений изображения и качества кинопоказа в системе кинематографа высокого качества;

- по оценке психофизического состояния кинозрителей при изменении частоты мельканий изображения в кинематографе.

Итоги выполненных экспериментов полностью согласуются с результатами теоретических исследований.

Таким образом, предложенная и разработанная обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора в достаточной степени подтверждена работами по ее апробации и экспериментальными исследованиями.

В настоящее время в СПбГУКиТ под руководством автора проводится большая научно-исследовательская работа по заданию Министерства культуры РФ по обоснованию на базе выполненной диссертационной работы требований к

параметрам системы электронного кинематографа для оснащения киносети РФ. Таким образом, результаты выполненной работы позволяют решать серьезные народно-хозяйственные задачи.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТТМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гребенников О.Ф., ТихомироваГВ. Основы записи и воспроизведения информации Учебное пособие для студентов вузов, гриф Минобразования РФ. СПб: СПбГУКиТ, 2002. (44,5 печл).

2. Тихомирова ГБ. Физические основы получения зрительной информации. СПб: СПбГУКиТ, 2005 (9,25 печл.).

3. Тихомирова ГБ., Троицкая МЛ, Тарасов БН Преобразование сигнала изображения в кинематографической системе: Учебное пособие. Д: ЛИКИ, 1985 (5,5 печл).

4. Тихомирова ГВ., Троицкая МЯ. Оценка качества изображения в кинематографических системах: Учебное пособие. Я: ЛИКИ, 1986 (3,5 печл.).

5. ТихомироваГВ. Временная амплитудная чувствительность зрительного анализатора// Техника кино и телевидения (ПСТ), 1979, №7.

6. Тихомирова Г.В. Временная частотная характеристика зрительного анализатора и оценка его линейности // ЖГ, 1979, №10.

7 Гребенников О.Ф., Кулаков АК, Тихомирова ГВ. Контрастная чувствительность зрительного анализатора при восприятии пространственных и временных сигналов изображения// ТКТ, 1980, №11.

8. Гребенников О.Ф., ТихомироваГВ. Пространственно-временные преобразования изображения в кинематографе // ЖГ, 1981,№7.

9. Тихомирова ГВ. Кинопроектор нового поколения //ПСТ, 2000, №8.

10. Белоусов АА, Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Перспективы дальнейшего развития техники театрального кинематографа//ЖГ, 2001,№1.

11. Тихомирова ГВ, Газеева ИВ., Лебеде® ВП., Ковалевский АВ. Обоснование параметров кинопроекции на основе методов психофизиологических исследований // ЖГ, 2001, №12.

12. Тихомирова ГВ., Карпишин ФИ К вопросу о частоте кинопроекции в кинематографе высокого качества // ТКТ, 2002, №3.

П.Тихомирова ГВ, Лапшин В.А, Карпишин ФИ Пути устранения заметности мельканий изображения в кинематографе //ЖГ, 2002, №4.

14. Белоусов АА, Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Еще раз о перспективах развития театрального кинемаготрафа//ЖГ, 2003, №1.

15. Тихомирова ГВ., Карпиттгин ФИ Оценка качества изображения в электронном и фотографическом кинематографах // ЖГ, 2003, №12.

16. Белоусов АА, Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Повышение качества кинопоказа // ЖГ, 2004, №8.

17. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ, Соколов АВ. КВК - кинематограф будущего? // Киномеханик, 1996, №4.

18. Тихомирова ГВ, Газеева ИВ, Лебедев В И, Ковалевский АВ. Кинопроекция для биокино // Киномеханик, 2001, №9.

19. Тихомирова Г.В. Чувствительность зрительного анализатора к временным колебаниям яркости//Сборник научных трудов ЛЙООД Л.,1979.

20. Тихомирова Г В. Нужен ли угол раскрытия обтюратора в 172,8°^ // Сборник научных трудов ЛИКИ, Л, 1983.

21. Тихомирова ГВ., Троицкая МЛ Алгоритм выбора оптимального типа высокоскоростного киносъемочного аппарата по цепям и задачам исследований // Сборник научных трудов ЛИКИ, Л,1987.

22. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ., Соколов АВ. Процессь! записи и воспроизведения аудиовизуальной информации // Сборник научных трудов СПбГУКиТ, С116,1998.Вып.8.

23. Тихомирова ГВ., Воронов ЮА, Газеева ИВ., Ковалевский АВ. Биокино. Обоснование выбора оптимума частоты кинопроекций. // Сборник научных трудов СПбГУКиТ, СПб, 1998. Вып. 8.

24. Тихомирова ГВ., Гусев ВВ., Газеева И.В., Ковалевский А.В. Биокино. Влияние частоты кинопроекции на самочувствие, активность и настроение зрителей. Сборник научных трудов СПбГУКиТ, С Пб, 1998. Вып. 8.

25. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Метод устранения искажений изображения 1-го рода, вызванных дискретизацией изображения в кинематографе высокого качества (КВК) // Сборник научных трудов СПбГУКиТ, С Пб, 1998. Вып. 8.

26. ТихомироваГВ., Карпишин Ф.И Информационная плотность светового сигнала, воспринимаемого зрительным анализатором. Сборник ннучныхтрудов СПбГУКиТ, С Пб, 2001. Вып.12.

27. Тихомирова ГВ., Карпишин ФИ К оценке резкости изображения // Сборник научных трудов СПбГУКиТ, С Пб-,2001. Вып.12.

28. Тихомирова ГВ., Карпишин ФИ Оценка колебаний яркости изображения в кинематографе// Сборник научных трудов СПбГУКиТ, СПб,2002. Вып.14.

29. Газеева ИВ., Карпишин Ф.И, Тихомирова ГВ. Экспериментальное исследование замехносш мельканий изображения в кинематографе. Сборник научных трудов СПбГУКиТ, СПб, 2002. Вып.14.

30. Тихомирова ГВ., Карпишин ФИ Метод оценки качества изображения в кинематографе Сборник научных трудов СПбГУКиТ, С Пб, 2003. Выл 16.

31. Гребенников О.Ф., Гусев ВП, Девойяо Е.Г., Кулаков АК, Тихомирова Г.В. Воспроизводящие свойства высокоскоростных кинематографических сиетем// Труды Х1У Международного конгресса по высокоскоростной фотографии и фотонике, Москва, 1980.

32. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ., Гусев ВП Временные искажения изображения, возникающие при проведении высокоскоростных киносъемок// Тезисы докладов Х1У Международного конгресса по высокоскоростной фотографии и фотонике, Москва, 1980.

33. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Применение методов математического моделирования преобразований изображения к оптимизации параметров кинематографической системы// Тезисы докладов Международного конгресса по кинотехнике, Лондон, 1981.

34. Белоусов АА, Гребенников О.Ф., ТихомироваГВ., Кузнецов С А, Лапшин В А, Магаохова ТВ., Соколов АВ. Кинематограф будущего. Материалы Международной выставки-конференции «Кинотеатр XXI». СПб.,1999.

35. Белоусов АА, Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Перспективы дальнейшего развитая кинотехники. Материалы Международной выставки-конференции «Кинотеатр XXI». С Пб, 2000.

36 Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В., Новоходский ЮА Методы математического моделирования временных преобразований изображения при кинопроекции// Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование техники и технологии киносети и кинопроката», Москва, 1976.

37. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Пространственно-временные преобразования изображения при киносъемке// Тезисы докладов Всесоюзной научнб-технической конференции «Кинотехнические средства в изобразительном решении фильма», Москва, 1979.

38. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Применение методов математического моделирования преобразования изображения для оптимизации параметров кинематографической системы. Тезисы докладов Всесоюзной даучно-технической конференции «Оптическое изображение и регистрирующие среды», Ленинград, 1983.

39. Гребенников О.Ф., Аршшевская Шх, Тихомирова ГВ. Сенсорная характеристика зрительного анализатора по неустойчивости изображения для 16-мм кинематографической системы. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Любительская фотоаппаратура и фотография», Ленинград, 1983.

40. Гребенников О.Ф., Аршшевская ИБ, Кулаков АХ, Нестеров НП, Тихомирова ГВ., Троицкая МЛ Сравнение качества экранного изображения в 35- и 16-мм кшемагографических системах. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Любительская фогоаппарагураи фотография», Ленинград, 1983.

41. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ., Троицкая МЛ Сопоставление качества изображения в современных 16- и 35-мм кинематографических системах. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Техникафилъмопроизводсгва», Москва, 1985.

42. Тихомирова ГВ., Гребенников О.Ф., Кулаков АК Установка для исследования временной частотной характеристики зрительного анализатора, авт.свид. №805994,1980.

43. Гребенников О.Ф., Тихомирова ГВ. Способ получения фильмокопии, авт.свид №1377812, 1987.

44. Белоусов АА, Тихомирова ГВ., Газеева ИВ., Карпишин ФЛ БезОбтюраторный кинопроектор. Патент №34764 РФ на полезную модель от 21.072003.

45. Белоусов АА, Тихомирова ГВ., Карпишин ФИ. Кинопроектор. Патент №34529 РФ на полезную модель от 21.072003.

46. Белоусов АА, Тихомирова ГВ., Гребенников О.Ф., Кузнецов СА, Саранчук Э.Ф. Кинопроектор с электронным управлением световым потоком. Патент №42900 РФ на полезную модель от20.122004.

47. Тихомирова Г.В. Электронный кинематограф высокого качества // ТКТ, 2005, №1-2.

Подписано в печать 05.09.05 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 2 печ. л.. Тираж 100 экз. Заказ 75.

Подразделение оперативной полиграфии СПбГУКиТ. 192102. Санкт-Петербург, ул. Бухарестская, 22.

№20 6 39

РНБ Русский фонд

2006-4 22302

Введение

1. Общие принципы получения зрительной информации

1.1. Сигналы зрительной информации

1.2. Преобразования, передача и запись сигналов информации

1.3. Восприятие зрительной информации

Выводы

2. Обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора

2.1. Модель зрительного анализатора

2.2. Восприятие двумерного неподвижного объекта

2.3. Восприятие изменений объекта во времени

Выводы

3. Количественная оценка информации, воспринимаемой зрительным анализатором

3.1. Информационная емкость системы и информационная плотность воспринимаемого сигнала

3.2. Двумерный неподвижный объект и его изображение

3.3. Изменяющийся во времени объект и его изображение

Выводы

4. Цветной объект

4.1. Восприятие цвета объекта

4.2. Количество воспринимаемой информации

Выводы

5. Трехмерный объект

5.1. Восприятие трехмерного объекта

5.2. Количество воспринимаемой информации

Выводы

Человек получает извне информацию посредством своих органов чувств - зрения, слуха, обоняния, осязания и т.п. Эта информация служит основой жизнедеятельности людей. Считается, что основную часть поступающей информации воспринимает орган зрения человека. Однако органы зрения не только получают зрительную информацию, но также служат для координации действий человека в пространстве при его перемещениях, взаимодействии с другими людьми, в процессе его трудовой деятельности и т.п.

С развитием цивилизации человек стал записывать информацию сначала в виде наскальных рисунков, а затем в виде письменности, книгопечатания, живописи. Запись и получение данной информации (исходящей от людей) осуществляется с использованием органов зрения человека.

В середине XIX века была изобретена фотография, а затем и кинематограф. Была создана техническая база для документальной записи зрительной информации, а также заложены основы фотографического и кинематографического видов искусств. С появлением телевидения началась эра передачи зрительной информации на расстояние.

Велика роль зрения также в информационно-измерительной технике. С целью увеличения зрительной информации воспринимаемой человеком в пространстве были созданы микроскоп, телескоп, стереотрубы и т.п. Для исследования изменений во времени и в пространстве быстропротекающих процессов начала широко использоваться высокоскоростная киносъемка и фоторегистрация. Данные приборы и методы позволяют значительно увеличить объем получаемой зрительной информации и тем самым повысить точность измерений изменений объектов изучения как в пространстве, так и во времени. Однако роль зрения не ограничена измерениями только объектов, воспринимаемых зрительно. Глаз человека практически является конечным звеном при измерениях любых параметров изучаемых процессов, веществ и явлений, будь то температура, давление, влажность, громкость звука и т.п. Это объясняется тем, что на выходе любого измерительного прибора результаты измерений выводятся на табло, дисплей, стрелочный прибор или другой индикатор, воспринимаемый органами зрения экспериментатора.

Конечно, требования к параметрам приборов и систем записи и передачи зрительной информации, измерительных приборов необходимо согласовывать со свойствами органов зрения человека, с их способностью получать, преобразовывать и воспринимать зрительную информацию.

С момента зарождения приборов записи и воспроизведения изображений (фотография, кинематограф, видеотехника) специалисты непрерывно вели работы по обоснованию требуемых параметров приборов с целью повышения качества воспринимаемого изображения, а также улучшения экономических и эргономических показателей систем.

Специалисты в области фотографии, кинематографа и телевидения выполнили серьезные работы по оценке качества изображения, воспроизводимого в системах записи и передачи зрительной информации. Эксперименты проводились с использованием методов психофизических исследований. В настоящее время существуют несколько концепций по оценке качества изображения.

Обоснованию требуемых параметров приборов записи и воспроизведения изображений посвящены работы Эдисона, Айвса, Портера, Шейда, Тальбота, Туна, Трамбела и других зарубежных специалистов. В нашей стране подобные работы велись Е.М.Голдовским, М.В.Антипиным, В.Г.Комаром, С.М.Проворновым, О.Ф.Гребенниковым, Л.Л.Полосиным, Л.Ф.Артюшиным,

Н.К.Игнатьевым, А.В.Луизовым, В.В.Петровым и другими учеными.

Основное внимание исследователей было направлено на обоснование параметров приборов, обеспечивающих заданное значение важнейшего субъективного показателя качества изображения - его четкости (резкости). Различными специалистами в качестве одного из основных параметров приборов принята разрешающая способность, критическая пространственная частота, площадь ограниченная пространственной частотной характеристикой и т.п. Все эти параметры косвенно влияют на информационную емкость систем, т.е. на количество получаемой зрительной информации. Однако различный подход к определению требуемых параметров в значительной степени затрудняет сопоставление полученных результатов и особенно обоснование требований к параметрам новых систем.

Рядом авторов (Роуз, И.И.Цуккерман, А.В.Луизов, О.Ф.Гребенников и др.) предложено принять в качестве параметра систем непосредственно количество зрительной информации, получаемой зрителем при восприятии изображения. Данный путь действительно представляется наиболее перспективным, поскольку учитывает свойства не только приборов записи и воспроизведения изображений, но и зрительного анализатора человека. Однако он затруднен тем, что природа создала совершенный, но чрезвычайно сложный орган зрения человека. Работами ученых вскрыты многие психофизиологические и физические процессы, происходящие в зрительной системе человека. Однако до полного понимания всего механизма зрительного восприятия окружающей среды человеком еще очень далеко.

Решение проблемы нахождения количества получаемой зрителем информации при рассматривании воспроизводимых изображений наиболее актуально в настоящее время в связи с проведением интенсивных работ, направленных на создание новых систем записи и воспроизведения изображения (электронный кинематограф, цифровая фотография и т.п.), а также на совершенствование существующих приборов и систем. Обоснованию требуемых параметров данных приборов и систем вновь уделяется большое внимание и посвящено множество опубликованных работ.

В настоящей работе ставится задача создания на базе обобщенной физико-математической модели зрительного анализатора методологии количественной оценки воспринимаемой зрительной информации с целью оптимизации параметров приборов записи и воспроизведения изображений. С этой целью в первой главе рассматриваются общие физические процессы, сопровождающие получение человеком зрительной информации. Во второй главе делается попытка разработки обобщенной физико-математической модели восприятия зрительной информации, позволяющей находить аналитическими методами зрительные образы, воспринимаемой человеком действительности. В третьей главе разрабатывается методика количественной оценки воспринимаемой человеком зрительной информации при наблюдении как реальных объектов, так и их изображений на экранах кинотеатров или кинескопов. Четвертая и пятая главы посвящены рассмотрению особенностей восприятия цветных и трехмерных объектов и их изображений.

Для того чтобы не перегружать изложение материала громоздкими математическими и арифметическими преобразованиями при общем анализе систем допускаются некоторые упрощения. Например, зрительный анализатор считается достаточно линейной системой, оптическая система глаза рассматривается как бесконечно тонкая линза, широко используются аппроксимации функциями удобными для математических преобразований и т.п. Эти упрощения не влияют на конечный результат при общем анализе систем. Главная задача работы показать общую методологию анализа преобразования сигналов в зрительном анализаторе, которая в случае надобности может быть применена для анализа конкретных систем с использованием уточненных параметров зрительного анализатора, а также систем записи и воспроизведения изображений (частотных характеристик, импульсных реакций, спектральных характеристик и т.п.).

Разработанная методология апробирована автором при решении задач по нахождению оптимальной яркости киноэкрана, параметров фотографического и электронного кинематографов, обеспечивающих отличную четкость изображения, требуемой частоты кинопроекции в системе кинематографа высокого качества, принципа построения кинопроектора нового поколения и др.

Полученные результаты подтверждены выполненными экспериментальными исследованиями. I

выводы

1. Воспринимаемый зрительным анализатором образ объекта в трехмерном пространстве определяется диспаратностью изображений на сетчатках глаз и определяемой ею стереоскопической разрешающей способностью зрительного анализатора и его ПЧХ, построенной вдоль оси z наблюдаемого пространства.

2. Бинокулярное зрение увеличивает количество получаемой информации о трехмерном объекте примерно в 2,5 раза по сравнению с монокулярным зрением, что обусловлено главным образом диспаратностью изображений на сетчатках правого и левого глаза.

3. Количество получаемой информации о третьем измерении в значительной степени зависит от времени рассматривания объекта в течение которого наблюдатель перемещая взор «обследует» рассматриваемую действительность; при неограниченном времени рассматривания количество получаемой информации об объекте увеличивается в зависимости от глубины объекта до 1000 раз по сравнению с кратковременным предъявлением объекта.

4. Широкому распространению стереоскопического кинематографа препятствуют неудобства связанные с необходимостью использования очков или других устройств при восприятии изображения, а также имеющие место в современных системах расхождение расстояния конвергенции и аккомодации глаз зрителя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получение зрительной информации человеком связано с чрезвычайно сложными психофизиологическими и физическими процессами преобразования сигнала изображения в зрительном анализаторе, что в значительной степени затрудняет создание модели зрительного анализатора, позволяющей решать многие практические задачи по обоснованию требований к системам преобразования, записи и передачи зрительной информации. Проблему предложено решить выделением изучения чисто физических процессов преобразования сигналов зрительной информации, происходящих в зрительном анализаторе.

Доказано, что разработанная обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора, построенная на основе допущения о достаточной линейности и пространственной инвариантности зрительного анализатора позволяет находить аналитическими методами воспринимаемый зрительным анализатором образ наблюдаемой человеком действительности, а следовательно достаточно точно оценить его возможности. Эта же модель пригодна для нахождения зрительного образа при наблюдении изображений, образованных в системах преобразований, записи и передачи зрительной информации, в том числе и в кинематографе.

Методика нахождения выходного образа объекта наблюдения на основе обобщенной физико-математической модели зрительного анализатора разработана с использованием основных положений теории линейных систем и теории дискретизации. На конкретных примерах показано, что эта же методика вполне пригодна для нахождения численными методами выходного образа объекта в реальном зрительном анализаторе с учетом его нелинейности и отклонений от условия пространственной инвариантности.

На основе обобщенной физико-математической модели с использованием основных положений теории информации разработана методика количественной оценки воспринимаемой зрительной информации, введены понятия информационная емкость зрительного анализатора и информационная плотность воспринимаемого зрительным анализатором светового сигнала. Данная методика пригодна для количественной оценки информации при восприятии объектов, расположенных в двумерном и трехмерном пространстве, черно-белых и цветных объектов, неподвижных и изменяющихся во времени объектов. Она дает основу для обоснования требований к системам преобразования, записи и передачи изображений.

Обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора апробирована при решении ряда важнейших практических задач:

- обоснования требований к яркости киноэкрана в кинематографе; установления норм на допустимые колебания яркости изображения в кинотеатре; при разработке и реализации кинопроекционного аппарата нового поколения с электронным управлением световым потоком, полностью устраняющего заметность мельканий изображения на киноэкране (получены два патента РФ на полезную модель);

- для обоснования и реализации системы кинематографа высокого качества, дающей резкий скачок в повышении качества кинопоказа, получившей распространение в США и других странах;

- при разработке и реализации кинопроекционного аппарата нового поколения для системы кинематографа высокого качества (получен патент РФ на полезную модель);

- для обоснования параметров систем фотографического и электронного кинематографов обеспечивающих воспроизведение отличного по четкости изображения.

При непосредственном участии и под руководством диссертанта выполнена серия экспериментальных исследований: по построению сенсорной характеристики зрительного анализатора на шкале категорий для коэффициента заметности мельканий изображения в кинематографе; по построению сенсорной характеристики зрительного анализатора на шкале категорий для яркости киноэкрана в кинематографе;

- по построению временной частотной характеристики зрительного анализатора;

- по оценке заметности искажений изображения и качества кинопоказа в системе кинематографа высокого качества;

- по оценке психофизиологического состояния кинозрителей при изменении частоты мельканий изображения в кинематографе.

Итоги выполненных экспериментов полностью согласуются с результатами теоретических исследований.

Таким образом предложенная и разработанная обобщенная физико-математическая модель зрительного анализатора в достаточной степени подтверждена работами по ее апробации и экспериментальными исследованиями.

В настоящее время в СПбГУКиТ под руководством автора проводится большая научно-исследовательская работа по заданию Министерства культуры РФ по обоснованию на базе выполненной диссертационной работы требований к параметрам системы электронного кинематографа для оснащения киносети РФ. Таким образом, результаты выполненной работы позволяют решать серьезные народно-хозяйственные задачи.

1. Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В. Основы записи и воспроизведения информации. СПб,: СПбГУКиТ, 2002.

2. Schade О. Optical and Photoelectric Analog of the Eye // J. Opt. Soc. Am., 1956, 46, 721.

3. Lowry E. Some Experiments with Binocular and Monocular Vision //J. Opt. Soc. Am., 1929, 18, 29, Comm. 380.

4. Луизов А.В., Федорова H.C. Число градаций яркости различимое глазом // ОМП, 1973, №10.

5. Травникова Н.П. Визуальное обнаружение протяженных объектов // ОМП, 1977, №3.

6. Тихомирова Г.В. Временная амплитудная чувствительность зрительного анализатора // ТКТ, 1979, №7.

7. Тихомирова Г.В. Временная частотная характеристика зрительного анализатора и оценка его линейности // ТКТ, 1979, №10.

8. Тихомирова Г.В., Гребенников О.Ф., Кулаков А.К. Установка для исследования временной частотной характеристики зрительного анализатора, авт.свид.№805994, 1980.

9. Ives Н.Е. Critical Frequence Relations in Scotipic Vision// Journ.Of the Opt. Soc. of America.-1922.-V.6.

10. Ives H.E. A theory of Intermittent Vision// Journ. Of the Opt. Soc. of America.-1922.-6.

11. Кравков С.В. Глаз и его работа, М.-Л.: АН СССР, 1950.

12. Луизов А.В. Инерция зрения, М.: Оборонгиз, 1961.

13. Луизов А.В. Физика зрения, М.: Знание, 1976.

14. Луизов А.В., Глаз и свет, Энергоатомиздат, Л.,1983.

15. Алиев М.А., Ершов К.Г., Смирнов Б.А., Усачев Н.Н., Кинотеатры и видеозалы, С.Пб, 1996.

16. Тихомирова Г.В., Лапшин В.А., Карпишин Ф.И. Пути устранения заметности мельканий изображения в кинематографе // ТКТ. 2002. №4.

17. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. Оценка колебаний яркости изображения в кинематографе// Сборник научных трудов СПбГУКиТ. 2002. Вып.14.

18. Газеева И.В., Карпишин Ф.И., Тихомирова Г.В. Экспериментальное исследование заметности мельканий изображения в кинематографе. Труды СПбГУКиТ, 2002. Вып. 14.

19. Тихомирова Г.В. Кинопроектор нового поколения //ТКТ 2000, №8.

20. Белоусов А.А., Тихомирова Г.В., Газеева И.В., Карпишин Ф.И. Безобтюраторный кинопроектор. Патент №34764 РФ на полезную модель от 21.07.2003.

21. Белоусов А.А., Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. Кинопроектор. Патент №34529 РФ на полезную модель от 21.07.2003.

22. Тихомирова Г.В., Газеева И.В., Лебедев В.П., Ковалевский А.В. Обоснование параметров кинопроекции на основе методов психофизиологических исследований // ТКТ, 2001, №12.

23. Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В. Пространственно-временные преобразования изображения в кинематографе // ТКТ, 1981,№7.

24. Мешков В.В. Основы светотехники, M.-JL: Госэнергоиздат,1961.

25. Русинов М.М. Инженерная фотограмметрия // «Недра» -М.,1966.

26. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. М.: Изд-во иностр.лит.,1963

27. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. Информационная плотность светового сигнала, воспринимаемого зрительным анализатором, Труды СПбГУКиТ, 2001. Вып. 12.

28. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. К оценке резкости изображения // Труды СПбГУКиТ. 2001. Вып. 12.

29. Комар В.Г. О резкости изображения в кинематографе// ТКТ,1962, №10.

30. Комар В.Г. Количественные критерии качества изображения для оценки кинемато графических систем // ТКТ, 2000, №10.

31. Комар В.Г. Сравнительная оценка качества изображения кинопленочной и электронной систем кинематографа // ТКТ, 2002, №8.

32. Комар В.Г. Критерий резкости изображения и ее оценка в различных системах кинематографа. Успехи научной фотографии, т.Х, изд.«Наука»,М.-Л.,1964.

33. Белоусов А.А., Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В. Перспективы дальнейшего развития техники театрального кинематографа // ТКТ, 2001,№1.

34. Белоусов А.А., Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В. Еще раз о перспективах развития театрального кинематографа // ТКТ, 2003, №1.

35. Белоусов А.А., Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В. Повышение качества кинопоказа // ТКТ, 2004, №8.

36. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. Оценка качества изображения в электронном и фотографическом кинематографах // ТКТ, 2003, №12.

37. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. К вопросу о частоте кинопроекции в кинематографе высокого качества // ТКТ. 2002. 13.

38. Showscan Filmischer Realismus total // Film und TV kameraman, 1984, 33, N9.

39. Kodak and Showscan will devolop digital sound for teateres // BKSTS J., 1986, 68, N2.

40. Turner G. Showscan: Doug Trumbulls new 70-mm Format // Amer. Cinematogr., 1984, 65, N8.

41. Способ проекции кинофильма. Авт.свид. №1788505 ЛИКИ, от 15.09.1992.

42. Миз К., Джеймс Т. Теория фотографического процесса, Л.:Химия», 1973.

43. Борн М., Вольф Э. Основы оптики, М.:Наука, 1970.

44. Игнатьев Н.К. Дискретизация и ее приложения, М.: Связь, 1980.

45. Голдовский Е.М. Избранные статьи, М.: Искусство, 1979.

46. Антипин М.В. Интегральная оценка качества телевизионного изображения, Л.: Наука, 1970.

47. Голдовский Е.М. Физические основы кинотехники, М.:Госкиноиздат, 1939.

48. Рыфтин Я.А., Тремор глаз и характеристики зрения// ТКТ, 1987, №4.

49. Кривошеев М.И.,Хлебородов В.А., Историческое решение для мирового телевидения, кинематографии и компьютерной индустрии // ТКТ, 1999, №9.

50. Kelly D.H. Visual Sygnal Generator // The Review of Scientific Instruments, 32, 1961.

51. Robson J.G. Spatial and Temporal Contrast-Sensitivity Functions of the Visual System // JOSA, 56, 1966.

52. Редько А.В. Основы фотографических процессов, СПб: «Лань», 1999.

53. Азгальдов Г.Г., Райхман Э.П. О квалиметрии.- М.: Изд-во стандартов, 1973.

54. Артюшин Л.Ф. Основы воспроизведения цвета.- М.: Искусство, 1970.

55. Бейтмен Г., Эрдейи А. Таблицы интегральных преобразований.- М.: Наука, 1969.

56. Бехтер X., Эпперлейн И., Ельцов А.В. Современные системы регистрации информации,- СПб.: Синтез, 1992.

57. Вавилов С.И. Глаз и солнце,- М.:Наука, 1976.

58. Валюс Н.А. Стереоскопия.- М.: Изд-во АН СССР, 1962.

59. Глезер В.Д., Цуккерман И.И. Информация и зрение.-М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1961.

60. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику.- М.:Мир, 1970.

61. Гуревич М.М. Цвет и его измерение,- М.-Л.:Изд-во АН СССР, 1950.

62. Денисюк Ю.Н. Оптическая голография.-Л.:Наука, 1978.

63. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике.- М.:Мир, 1978.

64. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения.-М.:Мир, 1971.

65. Джеймс Т. Теория фотографического процесса.-М.,1980.

66. Дубовик А.С. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов.- М.:Наука, 1984.

67. Котельников В.А. О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи.-М.: Изд-во управления связи РККА, 1933.

68. Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображения.-М.: Связь, 1986.

69. Кулаков А.К. Пространственная частотная характеристика зрительного анализатора как звена кинематографической системы //Труды ЛИКИ.-1979.- Вып.34.

70. Лебедев Д.С., Цуккерман И.И. Телевидение и теория информации.-М.-Л.: Энергия, 1965.

71. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов.- Л.Машиностроение, 1983.

72. Нюберг Н.Д. Теоретические основы цветной репродукции.-М.:Сов.наука, 1947.

73. Нюберг Н.Д. Теория цветопередачи.- В кн.Клейн А. Цветная кинематография.- М.: Госкиноиздат, 1939.

74. Островская М.А. Частотно-контрастная характеристика глаза //Оптико-механическая промышленность.- 1969.- №2.

75. Папулис А. Теория систем и преобразований в оптике.-М.:Мир, 1971.

76. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение.- М.:Мир, 1977.

77. Строук Дж. Введение в когерентную оптику и голографию.-М.:Мир, 1967.

78. Харкевич А.А. Спектры и анализ.- М.: ГИТТЛ, 1957.

79. Чибисов К.В. Общая фотография.- М.:Искусство, 1984.

80. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений/ Под ред.Ю.Б. Зубарева и В.П. Дворковича.- М., 1997.

81. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов.- M.-JI.: Машиностроение, 1966.

82. Шульман М.Я. Измерение передаточных функций оптических систем.- JL: Машиностроение, 1980.

83. Юстова Е.Н. Спектральная чувствительность приемников глаза.//ДАН.- 1950.- Т.74.

84. Гребенников О.Ф., Кулаков А.К., Тихомирова Г.В. Контрастная чувствительность зрительного анализатора при восприятии пространственных и временных сигналов изображения// ТКТ, 1980, №11.

85. Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В., Соколов А.В. КВК -кинематограф будущего?//Киномеханик, 1996, №4.

86. Гребенников О.Ф., Гусев В.П., Девойно Е.Г, Кулаков А.К, Тихомирова Г.В. Воспроизводящие свойства высокоскоростных кинематографических систем// Труды Международного конгресса по высокоскоростной фотографии, Москва, 1982.

87. Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В. Пространственно-временные преобразования изображения при киносъемке//

88. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Кинотехнические средства в изобразительном решении фильма», Москва, 1979.

89. Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В., Троицкая М.Я. Сопоставление качества изображения в современных 16- и 35мм кинематографических системах. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Техника фильмопроизводства», Москва, 1985.

90. Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В., Способ получения фильмокопии, Авт.свид. №1377812, 1987.

91. Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В., Метод устранения искажений изображения 1-го рода, вызванных дискретизацией изображения в кинематографе высокого качества (КВК)// Труды СПИКиТ, вып.8, С.-Пб. 1998.

92. Белоусов А.А, Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В., Кузнецов С.А., Лапшин В.А., Малюхова Т.В., Соколов А.В. Кинематограф будущего. Материалы Международной выставки-конференции «Кинотеатр XXI». С.-Пб.,1999.

93. Белоусов А.А, Гребенников О.Ф., Тихомирова Г.В. Перспективы дальнейшего развития кинотехники. Материалы Международной выставки-конференции «Кинотеатр XXI». С.-Пб.,2000.

94. Тихомирова Г.В. Физические основы получения зрительной информации. СПб,: СПбГУКиТ, 2005.

95. Клейн А. Цветная кинематография. М. Госкиноиздат, 1939.

96. Тихомирова Г.В. Электронный кинематограф высокого качества. ТКТ 2005, №1-2.