автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Основы теории и проектирования стереотелевизионных устройств прикладного назначения

МИНИСТЕРСТВО НАУНИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТЕРЕОТЕЛЕВИЗИОННЫХ УСТРОЙСТВ ПРИКЛАДНОГО НАЗНАЧЕНИЯ .

Специальность: 05.12.17 - Радиотехнические и

телевизионные устройства и систега

Автореферат диссертации на соискание ученой степени . доктора технических наук'

Ня градах рукописи

Мамчев Геннадий Владимирович

УДК С21.397.133

Томск 1993

Работа выполнена в Новосибирском- электротехническом институте связи

Официальные оппоненты:-доктор технических наук, профессор Хромой Б.П. -доктор технических наук, профессор I орбунов В. И. -понтер физико-математических наук, прс^ссор Петров А.С.

Йецугцая организация указана в решении ученого Совета.

^Завдта диссертации состоится "¿У' иЛЛ^р^^_ 1993 г.

в Ь ~~ на заседании специализированного совета Д.063.05.02 по рисуждение ученой степени доктора технических наук в Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники го адресу: 634050, Томск, пр Ленина, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 2," 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н., доцент Кузьмин A.A.

ОБЩАЯ XАРАКГЕРИСТША РАЕОГН

Актуальность Проблемы. Наиболее характерные черты современного обновления материально-технической базы России на основе достижений нового э.тапа научно-технической революции заключаются в роботизации прои'водстпа и информатизации различных сфер деятелЬЫости при активном участии человека. Роль человека особенно велика при решении недостаточно определенных задач, при работе сложных систем в экстремальных или аварийных ситуациях, в условиях негтолной или искаженной информации об объектах управления. Веледстрие этого одна из важных проблем соврагемных человеко-машинных систеи заключается в стыковке уп-равллв'эих функций автоматических устройств, ЭВМ с психофизиологическими особенностями человека, которая в первую очерет,ь предполагает отобрагение информации о контролируем« объектах в визуальной форм.

Во многих практических случаях цля человека-оператора необходимом является воспроизведение визуальной информации в трехмерной форме, например, с помсшыо стереотелевизионных устройств, что обусловлено возможность» с высокой точностью оцрнквабь относительное расположение объектов п трехмерном пространстве.

3 настоящее время сферами применения стереотелевизионных устройств отстранения визуальной информации являются различные промышленные технологические установки, аппаратура для изучения и освоения Космоса и подводного пространства Земли, тренажеры различного назначения, устройства трехмерной машинной графики, применяемые для целей автоматиэироваыного проектирования, автоматические научно-исследовательские и учебные комплексы. ■

В большинстве практических случаев в стереотелевизионных устройствах достаточно обеспечить физиологически точное воспроизведение трехмерного пространства (отображение одной или нескольких стереопар изображений объектов), техническая реализация которого значительно более простая по сравнению со способами, обеспечивающими физически точное соответствие между изображениями- и объекта!® (голография или интегральная фотография).

Стереотелевизионные устройства с физиологически точным ото- . бражен№;-м трехмерного пространства в зависимости от их назначения и характера воспроизводима изображений классифицируются на нерно-белы®, цаетнче, одностереопарные, с эффектам оглядывания, многоракурсные, радиационные, ультразвуковые, с визуализацией электронных изображений, паяученных электронными микроскопами.

8 развитие техники стереотелевидения большой вклад внесли как отечественные, так и зарубежные ученые. !1з отечественных ученых и первую очередь следует отметить проф. П.В.Шмакова,,в работах которого впервые рассмотрен ряд принципов построения систем объемюго телевидения. Значителен вклад таких ученых, как Б.Е.Джаконил, С.Н.Ждахов, Б.! .Жебель, '.П.Катыс, В.И.Киврин, К.Т.Колин, П.М.Ког.ылов, Ю.А.Наволоцкий, Л.В.Овчинников, В.С.Петров, В.Б.Смирнов, Б.[3.'Гитков, А.П.Ткаченко, O.ti.Украинский, U.C. lLyt/ляев, В.М.Хахарев, которые и^-.ле довали ряд частных вопросов построения стереотелевизионных устройств в основном вещательного назначения. Из зарубежных учених, внесших заметней вклад в развитие стереотелевидения, следует отметить Б.К.Зворыкина, Дж.Бат-тер|ильда, О.Тпканори, РДурро.

НахнеВшш отличительными особенностями стереотелевизионных устройств прикладного назначения являются геометрически правильное отображение трехмерного пространства, высокая точность выполнения »/етрических операций наблпдателем, эргономическое согласование основных параметров стереотелевизионных устройств с психофизиологическими особенностями человека, обеспечивающее высокую надежность работы человеко-машинного Комплекса.

Однако принципы проектирования и построения стереотелевизионных устройств прикла(\ногг> назначения разработаны еще недостаточно» tifiUT эксплуатации сопданных стереотелевизионных устройств выявил ряд проблем и вопросов, нерешенность которых сдерживает более широкое их применение на практике. Например, до настоящего времени не бил исследовал ряд важнейших особенностей визуального восприятия стереотелевизионных изображений. Не разработана математическая недель отображения трехмерных свойств физических объектов в стереотелевизионных устройствах. Не определена точ-1 ность выполнения наблюдателем ютричзских операций в трехмерном пространстве. Отсутствуют исследования принципов построения .стереотелевизионных устройств с геометрически верным воспроизведением пространства. Ие определены основные параметры подобных устройств с учетом работы зрительного аппарата человека. Не исследованы вопроси сокращения полосы частот передаваемых сигналов стереотелевизионных изображений. Не разработана обшая методика эргономического проектирования стереотелевизионных устройств.

' В.настоящее время иа повестях дня поставлена задача проектирования эргономически оптимальных стереотелевизионных устройств, так как в сложных технических система* дэяе незначительнее аткяменче. от оптимального режима сеяадно с шонэмическиия

факторами, и с факторами, влияющими на степень безопасности функционирования систем более высокого уровня.

В свете изложенного актуальность работы определима необходимостью разработки теории построения и. методики проектирования стереотелевизионных устройств прикладного назначения с всесторонним учетом человеческого фактора.

Цель и задачи исследования. Ц«лью диссертационной работы является разработка теоретически* принципов построения к методики эргономически обоснованного проектирования стереотелевизионны* устройств прикладного назначения на основании исследованных закономерностей восприятия стереотелевизионных изображений. Решение данной научно!* проблем! имеет техническое и социальное .значение. В соответствии с поставленной целью в диссертации:

- исследованы важнейшие особенности "изуального восприятия 'тереотелевпзненных изображений, влияющих на точность выполнения

метрических операций;

- выполнен анализ влияния основных свойств устройств пространственного разделения изображений на качество воспроизводимых стереотелевизионных изображений;

- разработана математическая модель, характеризующая аналитическое соответствие между воспринимаемым трехмерным стереоскопическим пространством и физическими объектами;

- определены совокупности сенсорных характеристик, отражающих метрические операции зрительного анализатора в трехмерном пространстве;

- исследованы причини и характер геометрически* искажений стереотелевизионных изображений, воспроизводимых различными устройствами отображения;.

- разработаны принципы построения стереотелевизионных устройств отображения, в которых осуществляется минимизация геометрических иснажениП;

- исследованы возможности сокращения полосы частот тракта связи при передаче сигналов стереотелевизионных изображений;

- разработана методика эргономического проектирования стереотелевизионных устройств отображения визуальной информации.

Методы исследования. Решения данной совокупности задач основываются на сочетании и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования базируются на элементах теории дискретизации

многомерных сообщений, теории вероятностей, теория функций и преобразований случайных величин, теории функций комплексного переменного (раздал "конформное отображение"), математической теории анализа данных, исследования операций (раздел "способы решения многокритериальных задач с использованием функции полезности, на основе принципов лексикографического упорядочения и симплекс-планирования"). Методологической основой экспериментальных исследований является математическая статистика.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит е следующем:

1. И результате аналитического обобщения выполненных теоретических исследований особенностей наблюдения стереотелевизионных изображений и экспериментальных данных установлено, что при воспроизведении зфректа оглядывания рассматриваемых объектов уменьшается порог их глубинного разрешения при одновременном облегчении процесса распознавания.

2. Б соответствии с экспериментальным» и теоретическими исследованиями обоснована целесообразность использования в качестве статистического закона распределения времени, затрачиваемого на выполнение совокупности функциональных операций, связанных с восприятием стереотелевизио-'ных изображений, гамма-распределения.

3. "о результатам анализа оптических свойств устройств пространственного разделения изображений определено их влияние на разрешающую способность стереотелевизионных устройств. Установлено, что из всех известных устройств селекции заметное воздействие на общую разрешающую способность стереотелевизионных систем оказывает введение в них только оптических растров.

4. С помощью математического аппарата теории дискретизации многомерных сообщений классифицированы искажения изображений стереопары, вызванные их дискретизацией в горизонтальном направлении. Получены аналитические выражения, позволяющие произвести количественную от. знку искажений при различных параметрах оптических растров.

5. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено ухудшение восприятия стереоэффекта при неполной пространственной селекции изображений стереопары, сопровождающееся одновременным снижением их кажугзйся четкости.

'С.-Получены аналитические выражения, характеризующие отображение трехмерного пространства стереотелевизионными устройствами различного типа, необходимые для анализа и количественной оценки геометрических искажений воспринимаемых пчрпоскопических

изображений.

7. На основании обобщения и зкспериментальны* исследований определена совокупность сенсорных »/етрических характеристик зрительного анализатора, которая позволяет оценить роль лучаПных ошибок восприятия координат отдельных течек в изображениях стереопары и аппаратурных ошибок, введение контрольных акал, а также влияние таких параметров, как цветовая окраска, яркость фона, детальный контраст, отношение сигаал-шу*/, коэффициент пропускания вешащих изображений, коэффициент неравномерности световт энергетических нагрузок, длительность наблюдения при определении погрешностей метрических операииС наблюдателя в TpexvpHov пространстве.

В. выполнен анализ геометрических иск&кениЧ стереотелевизионных илобракениР, которые классифицированы на локальные и результирующие. Преало^рны и исследованы сп собн их полного устранения или шши-изации а стереотелевизионных устройствах раЗЛИЧ-НЬ'Х типов.

9. впервые раззаботани принципы построения ортостереогкопи-ческих устройств стереотелевизионного типа, воспроизводящих эффект оглядывания наблпцаекш объектов, новизна^которнх подтверждена тромя авторскими свидетельствами На основании теоретического анализа предложенных принципов показана целесообразность практической реализации стереотелевиз>.онньгх устройств с постоянным уасттябнт.« коэффициентом.

10. Теоретически и экспериментально обоснована возможность практического использования в стереотелевизионных устройствах частотно-вретшого способа разделения канала связи, основанного на использовании принципа пространственно-прер/енноР ¡{ильтрзции изображений стереопары в горизонтальном направленна, которгЯ обеспечивает высокое визуальное качество стереотелевизионных изображений без увеличения порога глубинного разрешения.

11. ¡3 результате обобщения проведенных теоретических и экспериментальных исследований на основе системного подхода разработана методика эргономического проектирования стереотелевизионных устройств при учете ограниченного числа обобщенье критериев эффективности, характеризующих физиологическую надежность наблюдатели при восприятии с.терсоскопичсских изображений, степень эргоиомичности внешних параметров стерсат^лсв^знонннх устройств, гео.метрическеа подобие вэсприниг/з^нэга трехмерного про-^ странства, инфэеизционные возможности устройств »тос^гг^еяия,

Основные соложения, выносимые на защиту. По итогам выполненных в диссертационной работе теоретические и экспериментальных исследований получены следующие новые научные результаты и положения, имеющие практически ценность, которие выносятся на защиту:

1. i-'еэультати исслецованич особенностей восприятия стереотелевизионных изображений.

2. Результата анализа основных устройств пространственного разделения изображений стереопары.

3. Математическая модель отображения трехмерного пространства стереотелевизионными устройствами различного типа.

Л. Сенсорные метрические характеристики, формализующие манеру отклика зрительного анализатора на иэмекенмя качественных показателей стереотелевизионных изображений.

Г>. Условии полного устранения или минимизации результирующих и локальных геометрических искажений в стереоскопических изображениях, полученных стереотелевизионными устройствами различного типа.

С. Способы построения ортостереоскопических телевизионных систем, обеспечивахгцих эффект оглядывания наблюдаемых объектов.

7. Возможность использования в стереотелевизионных устройствах частотно-временного способа разделения канала связи, основанного на принципе пространственно-временной фильтрации телевизионных изображений в горизонтальном направлении, обеспечивающего высокое визуальное качество стереотелевизионных изображен^ при потенциально возможной точности метрических операций в стереоскопическом пространстве.

8. Принципы эргономического системного проектирования сте- -реотелевизионных устройств отображения визуальной информации.-

Личный вклад, ice теоретические исследования, проведенные в диссертационной работе, выполнены автором лично. Экспериментальные исследования проведены автором совместно с сотрудниками лаборатории телевидения НЭИС.

- Практическая ценность диссертации состоит в том, что она содержит необходимые теоретические данные, методику и практические рекомендации по разработке и проектированию эргономически обоснованных стереотелевизионных систем различного назначения, тем самым обеспечивает получение значительных технического, экономического и социального эффектов.

ñ o¿ffifiM случае эргономическое проектирование стереотелеви-

- О -

зионных устройств следующим образом влияет на технико-энономи-ческие параметры функционирования человеко-мадинных комплексов: обеспечиваются комфортные условия труда, за счет чего улучвя^т-ся его качество и производительность; уменьшается кол„чество ошибок в работе операторов, что приводит к повшонию налетиости комплексов в целом; снижается утомляемость операторов, за счет чего сокращается число случаен проф&ссионадыту заболеваний. Таким образом, социальный зф^ект эргономически обоснованного проектирования связан с постижением указанных социальны* целей. Экономический зф£якт при этом является следствием социального.

Результаты диссертационных исследований доведены до инженерных формул.

Г е а л и з а ц и л р с в у л ь г а т о в работ ы. Проведенные в диссертации исследования являются составной частью хоздоговорных и гэсбюдтетнн* НИР, внполче..имх в Новосибирском электротехническом институте связи. D этих работах диссертант являлся научным руководителем и непосредственно участвовал а выполнении всех разделов и этапов программы исследований, связанных с теорией, методикой и практическим» рекомендациям,! по разработке и проектированию стереотелевизионных систем.

Результаты работы использованы в практических разработках ряда предприятий (iMKT!l, K7S1 и'Г СО РАН, 11ИШ1МТ, ВНШПЭ, Донецкий филиал института"! ипро.углеавтоматияация", Институт эволюционной морфологии, и экологии тинотных PAfI ли. А.Н.Северцова), о чем свидетельствуют акты реализации научных положений и выводов . диссертации.

Ряд результатов работы использован в учебном процессе Новосибирского электротехнического института связи в форме выполнения учебно-исслецовотельской работы студентов и'дипломного проектирования, что позволяет Солее глубоко изучать перспективные системы и устройства телевидения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждались: на Всесоюзной научно-технической конференции по дальнейшему развитию телевидения в СССР (Ленинград. 1974). на втором Всесоюзном совещании по проблемам дистанционного сбора, передачи и отображения данных в информационных-системах (Киев, 1977), на Всесоюзном симпозиуме по проблемам цифрового кодирования и прсобраяовпння «эобракен»$ (Тбилиси, 1930), на Всесоюзной няучно-техничееврй конференции "Тренажеры з формиреаайии' навыков яри подготовке специалистев" ¿.Пермь., 1992), на всесоюзной научно-технической

- й-

конференции "Развитие и совершенствование телевизионной техни-Kii" .(Львов, 1964), на Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие и совериенствовыше технических средств телевизионного вещания" (Минск, J9riß), на двух Украинских республиканских научно-технических конференциях (Одесса, 1974, 1977), на трех региональных научно-технических конференциях (Томск, 1974; Ново сибирск, J9ÜI, I9Ü?), на Областных научно-технических конференциях НТиРЭС им. А.С.Попова (Новосибирск, 1972, 1974...1990), на научно-технической конференции ШИ1ГГР (Москва, 1974).

Публикации .По результатам выполненных исследований опубликовано сак'осто'ятелыю и в соавторстве Ь9 работ, ил них в центральных изданиях - 65 работ, в том числе две монографии, которые достаточно полно отражают основное содержание диссертационной работы.

Авторство, новизна и полезность принципиальных технических реиений, изложенных в диссертационной работе, защищены 3 авторскими свидетельствами на изобретения.

Объем работы. Диссертация включает Г01 с., 107 рис., иписок литературы из 99 наименований, и состоит из введения, & глав, заключения и'двух приложений на 18 с.

СОДЕРЖАЛА РАБОТЫ

li о введении дано краткое состояние разработки, исследования и эксплуатации стереотелевизионных устройств прикладного назначения. Определены пути повышения эффективности проектирования современных стереотелевизионных устройств. Сформулирована цель диссертационной работы и основные задачи исследования. Раскрыта научная новиз..а и практическая ценность результатов диссертации, изложены основные положения, которые выносятся на защиту.

Первая глава .диссертационной работы посвящена исследований особенностей восприятия стереотелевизионных изображений.

В первую очередь рассмотрены вопросы влияния эффекта огля-дшшшя наблюдаемых объектов на восприятие трехмерного пространства. Теоретически доказано, что при взаимодействии бинокулярного и монокулярного факторов зрения наблюдателя порог его глубинного зрения уменьшается приблизительно в T_,f> раза эа счет боковых отклонений головы. Установлено, что детали объектов, угловые размеры которых но преотет b', при воспроизведении Аффекта оглядывания воспринимаются и стеревтелееизионии,* изоб"-

- 1С) --

ряжениях с уменьшенным контрастом.

Для оценки быстродействия человеко-машинных комплексов в работе определена й рассчитана Временная характеристика восприятия стереотелевизионных изображений при использовании в Качест-еэ статистического закона распре целения времени, .затрачиваемого наблюдателем на выполнение отдельных функциональных операций, гамма-распределения

ХШГх е о

при

при ь<0>

гце Г(г£) - полная гамма-функция. При этом параметры ч моменты гамма-распределения связаны меяду собой следующим образом:

¿-мцувщ,- ИММО.

При наблюдении стереотелевизионных изображений параллельно выполняются две функциональные операции. Поэтов результирующее время, затрачиваемое на две операции, оценивается выражением tp?i-mrfi:J;tг] , в которой Ь I - время, необходимое для приема визуальной информации, отражавшей .двумерные свойства физического пространства, - время, затрачиваемое на восприятие стереоэффекта. 6 этом случае моменты гамма-распргделения определяются следующими соотношениям:

Р:

Р.

ои

А

гд«е^ ^ , Р^ - параметр гамма-распределения, относящегося к процессу приема визуальной информации о двумерных свойствах физического пространства;, ^ - параметры, отражающие непосредственно восприятие стереоэффекта ¡^/'У^*'6^

~ гипергсомэтринеская функция Гаусса. На основании полученных аналитических выражений в работе произведен расчет статистических зависимостей tpei , при доверительной вероятности Р = 0,9Ь от величины восстанавливаемой остроты глубинного зрения. Знание данных заыисимостей позволяет количественно оценить значения оперативного порога глубинного зрения в зависимости от требуемого быстродействия человеко-машинного комплекса.

В диссертации при исследовании устройств пространственного разделения изображений стереопары предложено количественную сце] ку их селектирующих свойств осуществлять с помощью коэффициента пропускания мешающих изображений , который определяется отноиениеи видимой яркости мешающего иэобрадения/.ме^(от Соседнего ракурса) к средней яркости основного иэoбpaл.JHИЯ¿ocw

К-Л

Различную сьетовуш нагрузку на глаза наблюдателя за счет устройств селекции предложено учитывать коэффициентом неравномерности светоьых энергетических нагрузок А^иер

Кшг^П-М*}-®0'/-,

где/.д ,1п - яркости, воспринимаете левым и правым глазом.

Анализ особенностей работы устройств пространственного разделения показал, что наихудшими селектирующими свойствами обладают анаглифы, которые цеполнительцо вносят в восприятие искажения, получившие название эффекта "борьбы" полей зрения. Из всех устройств селекции заметное влияние на разрешающую способность стереотелевизионных систем оказывают только оптические. растры. Причем в случае воспроизведения изображений стереопары контрастно-частотная характеристика стереоэкрана \/с(Ш,л) обусловлена в основном дискретизацией изображений и определяется выражением вида

где - нормированная пространственная частота', - коли-

чество воспроизводимых элементов изображений вдоль строки. При воспроизведении многоракурсных изображений следует учитывать и оптические свойства стереоэкрана. С помощью математик 'с.кого аппарата теории дискретизации многомерных сзобщений классифицированы искажения изображений стереопары, вызванные их дискретизацией в горизонтальном направлении при растровой селекции. Получены аналитические выражения, позволявши? произвести количественную оценку искажений тага муар-эффект при различите параметрах оптических растров. Определено, что допустимые изменения шага оптических растров относительно теоретически рассчитанных значений из условия согласования со спектром пространственных частот изображений стереопары находятсн в пределах 0,0£$. Для оценки степени эаметности шума пространственной дискретизации получено выражение, характеризующее отноа'ние сигнал-шум пространственной дис.кретипации , которое имеет вид

где ?) - высота стереоизображения; 1р - шаг оптического растра; Д^р - число растровых элементов в горизонтальном направлении.

Особое внимание р работе было уделено количественной оценке влияния неполной пространственной селекции На кажущуюся четкость изображения стереопары. Установлено', что снижение кажущейся четкости становится заметным при /(н>0,1."

Анализ схемы формирования оптического стереотелевизионного изображения в правой прямоугольной декартовой системе координат позволил определить аналитические выражения воспринимаемых координат отдельных точекХ^ л ' ^ г стереоскопической модели в виде систем дробно-линейных уравнений.- Например, для I, У11 октантов трехмерного пространства (эаэкранное и предэкранное пространства) справедливы соответственно следующие выражения:

% а (/, ♦ 0 в Л* и I

^ г , соответственно координат реальных то-

чек физического объекта, находящихся за плоскостью 2ОХ и перец ней; - расстояние между плоскостью конвергенции оптических осей объективов к их передней главной плоскостью! (г /?„ -соответственно фокусное расстояние и Оазис камерных объективов;

50 - величина глазного базиса; - коэффициент, равный отношение линейных размеров стереоэкрана и рабочей области фотокатодов передающих трубок; $ - расстояние рассматривания. Полученные уравнения позволяют оценить величину геометрических искажений воспроизводимого стереоскопического пространства.

Ан&логишшм образом в диссертационной работе определены аналитические выражения, характеризующие отображение трехмерного пространства При теневой стерчопроекции (орт-скопические и леевцоскопические радиационные изображения, например, рентгеновского типа, стереоскопические ультразвуковые изображения, сформированные сканирующим лазерным акустическим микроскопом), а также при формировании изображений стереопары в растровых и просвечивающих олоктрпнимх микросколах.

й о второй главе диссертации исследуются сенсорные характеристики, отражающие метрические операции зрительного анализатора в трехмерном пространстве.

Эргономическое согласование параметров стереотелевизионных изображений с психофизиологическими особенностями человека базируется на использовании совокупности сенсорных характеристик.

Исследованные ранее сенсорные характеристики фактически не отражают метрические операции, к которым относятся визуальное различение взаимного расположения объектов в трехмерном пространстве, определение их координат и'глазомерная оценка расстояний, к также порог глубинного зрения. Кроме того, не известным было влияние качественных показателей стереотелевизионных изображений и длительности их наблюдения на погрешности выполнения метриче .ких операций. Знание сенсорных метрических характеристик позволяет установить уровень случайных ошибок при оценке геометрических соотношений. Это дает возможность количественно охарактеризовать частные критерии -эффективности стереотелевизионных устройств и оценить допустимое значение аппаратурных ошбок отображения. В диссертационной работе для определения метрических сенсорных характеристик использовались как аналитические методы анализа, так и результаты ъкепердагнтальнн* исследвваикй.

Оценка млСдюдатейм геометрических соащо&е^И^ п«' глубине

- Г 4 -

воспринимаемого пространства (координата У ) осуществляется на основании учета случайной величины линейного параллакса р-ЗСц-ЗСд , где Зс^ - независимые случайные коорди-

наты точек объекта в изображения г стереопары, распределенные по нормальному закону. Одномерная функциг распределения~и1[(У') переменной "У" » полученная функциональным преобразованием случайной величины р' , Для залкр^нного и иреДэКранного трехмерных пространств имеет соответственно следующий вид:

I ц у п>;

дх

гдеб^йх' - среднее квадратическое отклонение ошибок Л^ . Тогда границы восприятия ( ») случайной вели-чини У для предзкранного г зазкраНного пространств с доверительной вероятностью Я е 0,9Г> определяются выражениями:

¿V

Р(У4'<У* Мг)=](УЖ '== № -0,475-,

Ч

у

Р(Му><у<П)*] ~о,№.

мг

При оценке глубинных соотношений в случае рассматривания цветных стереотелевизионных изображений необходимо учитывать дополнительную систематическую ошибку, которая вносится за счет хромостереоскопичэского эффекта. После.ее рандомизации суммарная погрешность лУ^ при Р е 0,95 оценивается выражением

гдеВ^М] ^(Чпах "^^¡и) - среднее квадратическое откло-

нение объема аккомодации при тромостереоскопическом эффекте;

УС^ср? - бесовой коэффициент, учитывающий влияние ЧМ но погрешность йУ^ гри условии, чтоУ/гр*»(Ц.,ах+ ^1п,ь)12. ' где , - максимальное и минимальное эначе-

- №

ния объема аккомодации зрительного аппарата.

Границы воспринимаемых значений { Х<аХг ) случайной величины X при Я. » 0,9£ и заданных значениях М' / , М • определяются слецуадим выражением: " Л

х[ -

в котором функция распределения Ш^РО пля зеэкранного и лредзкранного пространств имеет следующий вид:

оо

(Xn~Hxhf {—ШХ'--АУ

frl

Aï'

dx'

Аналогичном образом в работе оценена точность визуального восприятия наблюдателе« координаты Z

В работе показано, что погрешность 'jj ' оценки расстояния между объектами, например, точками А1 и d , <!,'„< Ха > ¡л Уя Z. „ ) определяется выражением

в котором весЬьые коэффициенты при дисперсиях оцениваемых координат описываются соотношениями вида

ЭС/ГБ' SJa'6» \мх'а

ЭХ'д эх'6 1К

и случае отсутствия монокулярных факторов оценки пространственных соотношений стереоскопическое зрительное пространство отличается от физического пространства стимулов, подчиняющегося законам евклидовой геометрии. На основе математической теории Р.Люнйбурга в диссертации установлено, что воспринимаемое пси-

- JÊ -

хометрическое расстояние с/^'д' определяется выражением

46 ¿^о.нЩКН^)

где С0 - константа? Т\ - показатель кривизны зрительного • пространства, Т.е. личная константа наблюдателя (среднее значение Тк соответствует *•

Ре,, ?!,"

расстояния между наблюдателем и воспринимаемыми точками трехмерного пространства Л и В . За счет отличия метрики зрительного пространства от евклидовой появляется дополнительная систематическая погрешность при глазомерной оценке расстояний. Неис-ключенную составляющую данной систематической погрешности можно считать случайней с равномерным законом распределения. В зтом случае суммарная погрешность 4'ВV определяется выражением:

л вI ' (Г'0,95) *

где

еГГкМг,

жа* - среднее квадратическое

отклонение показателя кривизны зрительного пространства при равномерном законе распределения Тк ; А^ - весовой коэффициент, учитывающий влияние Т^] (1а суммарную .погрешность

Дс^'йК

Анализ выполненных в работе исследований показал, что воспринимаемые граничные значения , Y2 могут В несколько раз отличаться от средни* значений случайной величины V' , соответствующих ее математическому ожиданию. Значительны? рост погрешностей jXt , AY* , наблюдается только при ус- .

ловии, если^<£-}0,5, где 6"xfa/i ,<Van "

средние квадратические значения аппаратурных ошибок воспроизведения координат ЭСд , Хп , 2 . Значения относительных ошибок глазомерной опенки расстояний ád^'g'j^p^gí^/d^'g' находятся в пределах 2,Ь8 - 14,7 заэкранного и 0,96 - 2,58 для предэк-ранного трехмерных пространств. Причем доминирующую роль в возникновении погрешности АСIj'e'z играют случайные ошибки восприятия отдельных координат в изображениях стереопары.

Окончательный ответ на Вопрос, с какой точностью наблюца-тел; оценивают трехмерные соотношения при наблюдении стереотелевизионных изображений могло дать только проведение статистического эксперимента.

С згой целью в диссертационной работе были проведены следующие экспериментальные исследования; I) определение точности глазомерной оценк.. координат JC , "У" , Z ; 2) оценка точности визуального проецирорпния координат рассматриваемых объектов на контрольные шкалы в направлении осей о'х', O'Y'i O'Z *, '3} определение точности глазомерного измерения расстояний между объектами в стереоскопическом пространствеj 4) уточнение порога глубинного разрешения зрительного анализатора. Причем совокупность первых трех экспериментов проводилась при различных длительностях наблюдения ¿на5 я разных значениях средней яркости фона изображений ¿tjl , детального контраста Кде/п , отношения сигнал-шум У .'При определении погрешностей глазомерного измерения расстояний в трехмерном пространстве учитывалась также различная цветность воспроизводим!« стереоскопических изображений. Чтобы установить возможные допуски на величину аппаратурной ошибки вослроиг,ведения стереотелевизионных изображений при исследовании точности глазомерной оценки координаты Y , дополнительно изменялся уровень нелинейных искажений телевизионного растра одного Jí3 изображений стереопары. При оценке порога глубинного разрешения варьировались значения ^дгт > V > Км , Á¿иср . В диссертации была разработана методика статистического эксперимента. Для предъявления испытательных изображений использовалось специально разработанное в лаборатории

- та -

телевидения НзИС под руководством автора работы стереотелевизионное устройство отображения с повышенным разрешением (число строк разложения 2|С = 1125) и зеркальной селекцией изображений стереопары.

Анализ и сравнение данных теоретических расчетов и результатов экспериментальных исследований показал^ что погрешности глазомерной оценки координат X , V ,2 обусловлены в основном случайным! ошибками восприятия точек в изображениях стереопары. Относительные ошибки глазомерного измерения коорди- ~ нат по оси О X находятся в пределах 40-80?, по оси. - 45-В5&, а по оси О'У*~ в пределах .57-105^. В наибольшей степени на точность глазомепного определения геометрических соотношений влияют уменьшение и снижение V , а различная цветовая окраска стереоскопических изображений практически не сказывается на точности выпоянения метрических операций. Введение в трех-мерноз пространство контрольных шкал позволяет примерно в 10 раз уменьшить относительные погрешности. Относительные погрешности глазомерного измерения расстояния между метками находятся в пределах 85-110$ для предэкранного и ИСЙ-140^ для заэк-ранного трехмерных пространств. При возможности визуального проецирования меток на контрольные шкалы данные погрешности соответственно равны 10-15!^ и 1Ь-2Ц$. В зависимости от качественных показателей изображений экспериментально найденный порог глубинного зрения в угловых единицах оценивается величиной 22 - вэ" . В наибольшей степени на величину порога влияет изменение У .

По результатам проведенных в работе исследований установлено, что для уменьшения метрических ошибок наблюдателей стереотелевизионные изображения должны воспроизводиться со следующими параметрами: ¿<р * ? кд/м', 6, "У' >23 дБ, 0,25, ^ <0,25 с. В изображения целесообразно вводить контрольные шкалы.

Третья глав, а диссертации посвящена исследованию геометрических искажений стереотелевизионных изображений, которые определяют уровень систематических ошибок при выполнении метрических операций, и разработке принципов построения ортостереоскопичоских телевизионных устройств.

Анализ полученных систем дробно-линейных уравнений воспринимаемы* координат показал, что стереоскопические деформации имеют нелинейный характер, и зависят от геометрических парамет-

ров передающей части стереотелевизионного устройства и условий рассматривания. Геометрические Искажения стереотелевизионных изображений предложено классифицировать на результирующие, которые определяют нарушение геометрического подобия трехмерного образа в целом, и локальные, характеризующие деформация элементарных объемов стереоскопи ;еского пространства.

.Уровень результирующих геометрических искажений целесообразно уценивать по характеру зависимостей масштабных коэффициентов стереотелевизионного устройства , Му , от координат отображаемых точек. Например, для заэкранного и предэкранного пространств масштабные коэф$ициенты в направлении осей ОХ, О У » 02 характеризуются следующей системой соотношений:

Ч 'Н, ^¡аМПШ^г^М^],

м^-шмшц ^шлм],

из которой следует, что воспринимаемое трехмерное пространство оказывается трансформированным с коэффициентом аиаморфирования

С 'Ш -УМ .

Для определения локальных деформаций в диссертационной работе использован математический аппарат конформного отображения при рассмотрении отображения плоскостей ХОЁ , ХОУ физического пространства на плоскости х'о'£', X оЧ' стереоскопического пространства. При отображении плоскостей деформации локальных площадей' характеризуются якобианом / однозначного отображения.-Для плоскостей ХОЛ , X 02 якобиан равен

г эх', эа',,,32' эх'

ЭХ 4 ' Э2 ' Однозначность отображения выполня-

ется при условии, если J > 0. Локальные деформации трехмерного пространства отсутствуют в случае конформного отображения плйс-костей, при котором сохраняется равенство соответствующих углов, Необходимыми и достаточными условиями кон^о^мност отображения плоскостей ХОУ на Х'о'У'и Х0£ на х'о-2 являются следующие математические равенства:

ЭХ' . эУ 5У' ; ЭХ* • ЭХ' ^ Э2' ^ ах'

зх ~ эт ' эх эу эх ' дх

Проведенный I ^тематический анализ показал, что как для заэкран-ного, так и предэкранного трехмерных пространств отображение плоскости ХО£ на х'о'л' является конформным, а плоскости ХОУ на х'о'у'- некопформноо. Установлено, что характер локальных деформаций в воспринимаемой плоскости X оЧ описывается уравнением вида

в котором величина полудиаметров эллипса деформаций прямо пропорциональна коэффициентам локальных деформаций Ка , в точке (X ,У' ) в направлении соответствующих полудиаметров, поэтому Кц • 3 результате аналитической оценки локальных деформаций определены соотношения для коэффициентов Ко. . КЗ и Угла между положительным направлением оси абсцисс и осью эллипса деформаций, пропорциональной коэффициенту На . Например, для заэкранного пространства найдены следу-юаще выражения!

л/ мыы-ш^ЯсГ^ГТ " ШЖ^ГШЖЩ

Доказано, что коэффициент Ка В эаэкранном пространстве пропорционален большому полудиаметру эллипса деформации, а в предэкрянном пространстве - малому полуднаметру. Величина локальных деформаций в эаэкранном пространстве значительно больие, чем в предэкранном. *

Аналогичным способом в диссертационной работе проанализирован характер и произведена оценка геометрических искажений для стереоскопических теневых изображений и стереотелевизионных изой'ражпниП, сформированных электронными микроекопага стереоскопического типа.

На основании проведенного исследования установлено, что геометрические искажения отсутствуют при обеспечении в стереотелевизионном устройстве требований ортостереоскопии и одновременном устранении перспективных искажений. Для этого достаточно выполнение ел едущих условий:

где , ^ - углы поворота передающих камер относительно центра объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

» 1*6 ~ Углы ь^ДУ направлением рассматривания стереоизображения наблюдателем в горизонтальной и вертикальной плоскостях и осью о'у'• При этом в стереотелевизионном устройстве Судет воспроизводиться эффект оглядывания.

Но результатам анализа особенностей отображения трехмерного пространства микрообъектов в стереотелевизионном микроскопе найдена условий ортостереосколического воспроизведения в виде следующих равенств!

в которых М^АзР«*^ » где %5 » ]5о,ч " линейное увеличение соответственно объектива и окуляра , выполняющего роль проекционной системы стереотелевизионного микроскопа.

8 случае воспроизведения стереоскопических рентгеновских изобретений ортостереоекопическое отображение обеспечивается при следующих условиях:

а-о,5*4/м и

где 2 О, - расстояние между источниками рентгеновского излучения; Л - расстояние источников рентгеновского излучения от флюоресцирующего экрана.

В диссертационной работе разработаны принципы построения ортостереоскопических телевизионных устройств, защищенные тремя авторскими свидетельствами. Показано, что для создания ортостереоскопических условий рассматривания без перспективных искажений необходимо одновременно с перемещением наблюдателе относительно стереоэкрана осуществлять автоматически перестройку положения передающих камер и отдельных параметров стереотелевизионных устройств ( , Р ). Следует такде осуществлять поворот плоскости стереоэкрана для совпадение его

нормали с направлением рассматривания, Выполнение условий орто-стереоскогши в телевизионных устройствах предложено обеспечить двумя вариантами их построения: 1 rtJci -const;

2) ¿ttMiamsi . Во втором случае будет

сохраняться перспективное изменение воспринимаемых размеров, соответствующее естественным условиям наблюдения, при наибольшей глубине резкоизображаемого пространства.

По результатам оценки точности отображения пространственных соотношений ортостереоскопическим телевизионным устройством установлено, что геометрические искажения стереомодели в основном обусловлены погрешностями определения координат позиции наблюдение и нелинейностью телевизионной развертки, которые влияют на искажения трехмерного образа по оси O'V'.

Б четвертой главе диссертационной работы исследуются вопросы сокращения полосы частот тракта связи при передаче широкополосных сигналов стереотелевизионных изображений с повышенной четкостью ( Яс > 625), являющиеся важнейшей технико-экономической проблемой, решение которой направлено на более эффективное использование каналов связи.

Наилучшие экспериментальные результаты при передаче двух независимых телевизионных сигналов в спектре частот одного канала связи показал частотно-временной способ разделения» основанный на принципе^ пространственно-временной фильтрации телевизионных изображений в горизонтальном направлении.

Для оценки возможности применения в стереотелевизионных . устройствах с повышенным разрешением частотно-временного способа разделения канала связи в диссертационной работе выполнены следующие исследования: • 1

1) определено, в какой степени без ухудшения визуального качества стереотелевизионных изображений можно поочередно сокращать полэсу частот телевизионных сигналов стереопары}

2) произведена сценка влияния пространственно-временной фильтрации стереотелевизионных изображений в горизонтальном направлении на точность выполнений Метрических операций в трехмерном пространстве)

3) установлен уровень перекрестных искажений между телевизионными сигналами изображений стереопары в канале связи;

4) определена помехоустойчивость к флукгуационнш шумам телевизионного сигнала, передаваемого На поднесушей, 9 канале связи с частотно-временным разделением.

Для проверни возможности поочередного сокращения полосы частот телевизионных сигналов изображений стереопары были проведены специальные статистические эксперименты. Один из экспериментов заключался в субъективной оценке визуального качества стереотелевизионного изображения при следующих условиях: а) максимальная частота /Ш ц, 21 N11 ц для телевизионного сигнала одного из изображений стереопары) б)слектр частот сигнала изображения второго ракурса ограничивался в пределах от 0 до 2 - 12 Шц; в) поочередное сокращение полосы частот телевизионных сигналов изображений стереопары осуществлялось через поле, кадр, два кадра. Анализ результатов данного эксперимента позволил сделать вывод о том, Что в стереоте-' левизионных устройствах ширина спектра частот сигналов изображений стереопары может быть поочередно ограничена во времени через поле или кадр до значения, приблизительно равного "30% от^а„ , которая может быть различной. В этом случае средняя оценка качества стереотелевизионного изображения приближается к категорий "хорошо".

Влияние пространственно-временной фильтрации на точность выполнения Метрических операций оценивалась экспериментально на примере зависимости порога глубинного разрешения от яркости ¿,р . При этом одного из сигналов равнялась 21 М1ц,

верхняя граничная частота второго сигнала ограничивалась величиной 6 МГц. По результатам эксперимента установлено, что порог глубинного разрешения практически не изменялся при условии поочередного ограничения ширины спектра частот телевизионных сигналов в пределах 30% от

Для оценки возможности использования частотно-временного разделения канала в стереотелевизионных устройствах в работе определены допустимые значения коэффициентов компрессии сигналов, передаваеь)ых на поднесущей. Установлено, что незаметность сигнала 1/сд , передаваемого на поднесущей путем амплитудной или балансной модуляции, в составе сигнала I передаваемого в полной полосе частот( обеспечивается при выполнении неравенства вида

г-0 „„„¡¡ф,^

гДе У - Показатель нелинейности модуляционной_характсркстики кинескопа; Кцц^ей " коэффициент пропускания вешавших изображений канала связи, определяемый соотношением: Кцк.св -

= Км1Эоп*"А'м> в котором Кцхдоп " результирующее допустимое значение коэффициента пропускания решающи* изображений. Незаметность высокочастотных составляющих сигнала в спектре сип;ала 1/а обеспечивается при условии

Уг

1

где Ух - коэффициент, равный 2,52 1/МГц для реальных телевизионных изображений; ]■ , / частоты среза полосового фильтра.

Установленное в работе отношение сигнала к визуально вое-, принимаемой флуктуационной помехе для сигнала, передаваемого на поднесущей, определяется следукицим соотношением:

где Тп = 0,33 мке; Сщ - спектральная плотность напряжения шума.

По результатам проведенных экспериментальных исследований и теоретического анализа особенностей передачи сигналов в стереотелевизионных устройствах доказано, что частотно-временной способ разделения в каналз связи практически обеспечивает уровень перекрестных искажений и отношение сигнал-шум, при которых достигается потенциально возможная точность метрических операций в стереоскопическом пространства.при относительном значении визуальной четкости>0,95.

Пятая глава диссертации посвящена разработке методики эргономического проектирования стереотелевизионных устройств. _

На основании анализа структуры и особенностей функционирования стереотелевизионных устройств их параметры классифицированы на внешние/у 1, (/ •••♦'О « внутренние = = 1,2,..., Ш )•

Ввиду отсутствия математического аппарата, описывающего процесс бинокулярного восприятия пространства, в работе доказана невозможность представления результирующего критерия эффективности информационного взаимодействия наблюдателя с устройством отображения в виде аналитического функционала. Пред-

дожено при эргономическом проектировании стереотелевизионных устройств использовать совокупность частных критериев оптимальности, определенных для каждого из внешних параметров на основе экспериментально найденных сенсорных характеристик. В этом случае задача проектирования комплексов "наблюдатель + стереотелевизионное устройство" станоаится многокритериальной, и при ее решении целесообразно использовать эвристический способ оптимизации на основе системного подхода.

Для устранения математических трудностей, связанных с разработкой специальных алгоритмов принятия решений, в диссертации предложено использовать способ оптимизации, базирующийся на учете ограниченного числа обобщенных критериев эффективности, на основании которых производится выбор компромиссного варианта. С помощью математического аппарата теории анализа данных установлено, что достаточно оперировать четырьмя опорными критериями эффективности, которое характеризуют физиологическую надежность оператора$ степень эргоноМичности внешних параметров, геометрическое подобие воспринимаемого трехмерного пространства, информационные возможности устройства отображения»

Вероятность безошибочною и своевременного выполнения визуальных операций в основном зависит от обеспечения комфортных условий наблюдения. Важнейшими условиям эргономического комфорта являются удержание разрыва между плоскостями конвергенции и аккомодации в пределах + I дптр, а также непревЫшение физиологических параллаксов размеров зоны Панума. Как показало специальное исследование, выполнение данных условий обеспечивается выбором геометрических размеров стереотелевизионных изображений При оптимальном расстоянии их рассматривания £ ( £ 7 в зависимости от глубинной протяженности Объектов Н в соответствии с соотношением

К тш &/(<>,ОООМ+ОШШ) /

В качестве опорного критерия эргономичности Е^р в работе предложено использовать скалярную функции, получаемую при свертывании Векторных критериев ^ , у П,ля свертывания векторных критериев используется способ нахождения сум№ отклв-нений, например, частных критериев ЗС/ от их оптимальных значений X/ , с учетом Весовых коэффициентов. .Мццц^ , определяющих иерархичность согласования. Часть критериев являет-

ся максимизируемыми, а остальные - минимизируемыми, поэтому критерий Еэ<р<р припишет вид

х* х ■ т * Е —Ма и}/ ^Щг^-^ани

J'i А ,/=Ь| » ПРИ условии, что

-1;зс/< эс/, а ;гД

где ОС^ " * - граничные значения интервала оптимальных значений частных критериев. Для определения совокупности весовых коэффициентов Л/дщ. ^ , отражающих метрические операции зрительного анализатора, в работе используются функции потерь эффективности сгереотелевизионного устройства по каждому из частных критериев. Возможный разброс функций потерь эффективности установлен по совокупности сенсорных характеристик. Для непосредственного сравнения проектных вариантов в качестве критерия эргономичности рекомендуется использовать коэффициент К9рг , который получается Линейным преобразованием коэффициента Еур<р.

КЭрг =*"ЕЭ<р<р^Цмак тогда при 5с* = 5с , I.

Другими опорными критериями являются коэффициент анаморфи-рования Кан и параметр визуальной емкости Уди) > П°Д которым понимается потенциально возможное число различений, которое может быть сделано наблюдателем.

где 1)10 - число различимых, градаций яркости; §р - двумерная разрешающая способность стереотелевизионного устройства;

- числсг разрешаемых планов по глубине. Для определения визуальной емкости стереотелевизионных устройств различных типов в диссертационной работе выполнены анализ и расчет их глубинной разрешающей способности. -

й диссертации разработаны способы упорядочения совокупности проектных вариантов стереотелевизионных устройств путем решения многокритериальных задач с использованием функции полезности, на основе принципов лексикографической оптимизации и симплекс-планирования. %

На практике имеется конечное множество^.» возможных технических решений стереотелевизионных устройств, выбор оптимального технического решения из множества всех ре-

шенцй _Л сводится к выбору совокупности оптимальных критериев из множества достижимых критериев

где - Е - мерное критериальное пространство! ~

множество унифицированных критериев эффективности.

При проектировании стереотелевизионных устройств лицо, принимающее решение, использует различную информацию о предпочтениях отдельных параметров. Возможные практические ситуа- -ции можно классифицировать на две группы:

1) известно множество^С» | весовых коэффициентов обобщенных критериев , тогда С4 -С1Г1}/0 , если важность критерия убывает с ростом его порядкового номера; е .

2) известна иерархичность критериев, например,к^УпгУ. й первом случае для решения задачи упорядочения проектных

вариантов целесообразно использовать функцию полезности И - , представляющую собой аддитивную функцию вида

1*1

При сравнении технических решений Ла И-Л2 на основании преобразовали;! Лбеля получаем выражение

ч»^

из которого следует, что , если

Во втором случае задача упорядочения проектных вариантов относится к классу лексикографических задач оптимизации. Техническое решение Лг предпочтительнее -А, , т.е.-Л2)>е^Л/ , если выполняется одно из + I условий:

В процессе эргономического проектирования более удобным является одноэтапное решение лексикографической задачи. Математически доказано, что если множество Кг(Л)<з1 конечно, то существуют такие положительные числа Аг , что функционал

= позволяет представить лексикографическое отноше-

ние Щ множестве Л , т.е. АрГ-Лд) 4(Л}) тогда, когда Аг>"Л, • ^ качестве чисел достаточно использовать

совокупность весовых коэффициентов опорных критериев, найденных методом ранговой корреляции по экспертным оценкам.

В работе пиказано, что для непосредственного приближения способов упорядочения проектных вариантов к методологии систем автоматизированного проектирования целесообразно использовать интерактивный метод, основанный на способе симплекс-планирования. й этом случае цель решения многокритериальной задачи заключается в организации интерактивной Процедуры, чтобы последовательность генерируемых паретовских точек была улучшающейся с точки зрения лица, принимающего решения. Для этого предлагается первые 1 4 I значения вектора формальных параметров выбрать как точки регулярного симплекса Со в допустимой области Ь -мерного евклидова пространства:

г л"* ¿* J{l*i)

Затем в каждой вершине исходного симплекса находится паретов-ское решение и получается набор

-к д (О Л <«) д <«Ч)

Совокупность решений Фа и соответствующие им значения частных критериев предъявляются лицу, прин мающему решения, для выбора наихудшей вершины исходного симплекса. На каждой новой итерации текущий симплекс заменяется новым, таким способом получается последовательность симплексов. С приближением к окончательному решению размеры симплекса уменьшаются.

В заключении главы в качестве примеров рассмотрено несколько конкретных задач оптимизации, связанных с определением оптимальных значений внутренних параметров стереотелевизионных устройств. Анализ задач показал, что они относятся к классу задач нелинейной оптимизации. С учетом накладываем« ограничений данные задачи «эгут быть решены способам! нелинейного прог-

раммирования'.

ПРИЛОЖЕНИЯ

П.1. Оценка точности измерения нелинейных искажений телевизионного растра методой дифференциального муара,

П.2. Документы о внедрении результатов докторской диссертации .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе выполненных автором в диссертации теоретических и экспериментальных исследований разработана теория построения и методика проектирования стереотелевизионных устройств прикладного назначения с учетом человеческого фактора, что является решением научной проблемы, имеющей важное техкчческое и социальное значение.

Для отого в работе:

1. Исследованы важнейшие закономерности восприятия стереотелевизионных изображений, обусловленные временем наблюдения, эффектом оглядывания наблюдаемых объектов, а также влиянием устройств пространственного разделения изображений стереопары различной конструкции.

2, Разработана математическая модель отображения трехмерного пространства стереотелевизионным! устройствами различного типа.

3- На основании анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований определена совокупность сенсорных метрических характеристик зрительного анализатора, позволяющая эргономически обосновать требования к параметрам стереотелевизионных изображений.

4. Исследованы причины и предложены способы минимизации геометрических искажений стереотелевизионных изображений.

5. Разработаны принципы построения ортостереослтопических устройств отображения стереотелевизионного типа, воспроизводящих эффект оглядывания наблюдаемых объектов.

6. Доказана возможность использования частотно-аремгнного способа разделения канала связи в стереотелевизионны);, устройствах без ухудшения точности выполнения метрических операций в стереоскопическом пространстве.

7.Разработана методика эргономического ' вроеитирозания стереотелевизионных устройств.

В. Полученные научные результаты в вид-е рекомендаций ивн-

ли практическое применение в различных научно-исследовательских и проектных организациях страны при разработке современных стереотелевизионных устройств с целью оптимизации их конструкции и эргономического обоснований параметров воспроизводимых Изображений.

Всего по теме диссертации опубликовано 69 работ. Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях :

1. Джакония В.Е,, Мамчев Г.В. Получение кногоранурсных телевизионных изображений с помощью оптических растров //Техника кино и телевидения, - 1971. -№ 3. -о. 63-67.

2. Мамчев Г.В. Способы воспроизведения многоракурсных телевизионных изображений с помощью одТичесних растров //Техника кино и телевидения. -1972» - № 3. -с. 47-Б2.

3. Мамчев Г.В. К определению чиола воспроизводимых изображений в многоракурсном телевидении //Св. Труды учебных институтов связи/ ЛЭЙО -)!., 1972. -Вып. 68. -с. 124-128.

4. Копылов П.М., Мамчев Г.В* Особенности воспроизведения трехмерного пространства в шогоракурсном телевидении //Техника кино и телевидения. ~i973. - ft 7, -с, 41-43.

б. Копылов П.М., Мамчев Г.В., Петров B.C. Получение многоракурсных телевизионных изображений с помощью селектора обтюра-ционного типа //Сб. Труды учебных институтов связи /ЛЭИС - Л., 1974. -Вып. 66. -с. IB-24.

6. Мамчев Г.В. Расчет разрешающей способности шогоракурс-ной телевизионной системы с оптическими растрами //Сб, Труды учебных институтов связи / ЛЭИС - Л., 1974. -Вып. 69. -с. 185-188.

7. Мамчев Г.В. К вопросу использования стереотелевидения в системах управления //Тезисы Докладов Всесоюзной НТК по дальнейшему развитию и совершенствованию телевидения в СССР, октябрь 1974, Ленинград.: 1974. -с. 133-134.

8. Мамчев Г.В, Измерения коэффициентов нелинейных искажений генераторов телевизионной развертки методом муаровых полос // Тезисы докладов Украинской республиканской НТК. Вопросы технического качества телевизионного вещания в УССР( Сентябрь 1974, Одесса.-Одесса: 1974. - Вып. I. с. I0-II. ■

9. Мамчев Г.В. Экспериментальное определение числа riocn-роизводимых изображений о многоракурснмх системах //Техника кино и телевидения. - 1976. - № 3. -с. 54-57.

10.-Мамчев Г.Б. Оценка погрешности измерения нелинейных искажений телевизионного растра методом муара //Измерительная техника. -1976. - № 3. -с. 23-25.

• II. Мамчев Г.В. Расчет числа воспроизводимых изображений в многоракурсном телевидении //Сб. Труды учебных институтов связи /ЛЭИС - Л., 1975. -Вып. 71. -с. 188-194.

12. Мамчев Г.В. Определение шага оптических растров, используемых в стереотелевидении //Автометрия. - 1975.-*" 5. -с. 92-94.

13. Мамчев Г.В. Оценка некоторых погрешностей автоматического измерения глубинных размеров деталей //Известия ВУЗов. Приборостроение. -'i975.-r.Xyin.-if 8.-е. 21-25. •

14. Мамчев Г.В. Определение глубинной разрешающей способности стереотелевизионной системы -//Известия ВУЗов! Приборостроение. - 1975. - т. ХУШ. - № 10. -с. 101-106.

1Ь. Мамчев Г.В. Светотехнический расчет стереотелевизионной Системы с оптическими растрам! //Сб. Груды учебных институтов связи / ЛЭИС - Я., 1976. - Вып. 74. -с. 45-49.

16. Мамчев Г'.В. О возможности сокращения полосы частот канала связи в шогоракурсном телевидении //Сб. Труды учебных институтов связи / ЛЭИС. -Л., 1976. -Вып. 74. -с. 14-19.

17^ Мамчев Г.В. О разрешающей способности стереотелевизионных систем //Техника кино и телевидения., 1Г- 3. -1976. -с.56-59.

18. Мамчев Г.В. О точности совмещения оптических растров

б стерссскрайах, /./Техника кино и телевидения. -1976. -)Л2. -с. 62-63.

19. Мамчев Г.В. Определение условий геометрически неискаженного Воспроизведения стереотелевизионных изображений //Известия ВУЗов. Приборостроение. - 1976. -т. XIX. - № 7. -с. 92-95.

* 20. Мамчев Г¿В. Особенности получения стереотелевизионных изображений движущихся объектов // Сб. Труды учебных институток связи /ЛЭИС - Л.', 1976. -Бы.». 79. -с. 190-193.

21. Мамчев Г.В. Перспективы промышленного использования стереотелевидения //Механизация и автоматизация производства..

- 1976. - № 9. -с. 24-26.

22. А.с. 552729, СССР, МКИ ШИЛ/ 9/54. Стереотелевизионное устройство /Г.В.Мамчев (СССР). № 2102219/09; Заявл. 04.02.75; Опубл. 30.03.77, Еюл. К> 12 //Открытия. Изобретения. - 1977.

- В 12. -с. 161.

23. Мамчев Г.В. Особенности построения ортостереоскопичес-ких передающих телевизионных капер //Тезисы докладов Республи-

канской НТК "Улучшение технического качества телевизионного вещания на территории Украинской ССР в десятой пятилетке", Сентябрь, 1977, Одесса. -Киев: 1977. -с. 53-57.

24. Мамчев Г. В. Построение ортостереоскопической.системы телевидения //Техника кино и телевидения. -197?. 6. -е.£2-66.

25. Мамчев Г.В. Определение необходимых геометрических размеров стереотелевизионных изображений //Сб. Труды учебных институтов связи/ ЛЭПС. -Л., 1977. -Вып. 6Б. -с. 69-73.

26. Мамчев Г.В. Оценка точности отображения геометрических соотношений объектов стереотелевизионной системой //Сб. Труды учебных институтов связи /ЛЭИС." -Л., 1977. -Вып. 85. -с.60-67.

27. Мамиев Г.В. Автоматические телевизионные системы контроля за положением деталей на конвейерах сборочных линий //Механизация и автоматизация производства. -1977. -/? 8. -с. 29-31.

28. Мамчев Г.В. Особенности отображения визуальной информации в трехмерной форме //Тезисы Второго Всесоюзного научно-технического совещания "Проблемы дистанционного сбора, передачи и отображения данных в информационных системах", 17-19 октября, Киев. -М.: 1977. -с, 72-73.

29. Мамчев Г.В. Особенности применения фотопотенциометра в качестве датчика слежения /Новосибирский электротехнический институт связи. - Новосибирск, 1977. -8 с. -Деп. в ЦНШТЭИ Приборостроения, № 603.

30. Мамчев Г.В. Особенности геометрически правильного стереотелевизионного наблюдения микрообъектов //Известия ВУЗов. . Приборостроение. - 1978. -т. XXI.9. -с. 104-108. ■

31. Мамчев Г.В. Стереотелевизионные системы.//Сб. статей "Новые разработки телевизионной техники /Серия "Радиоэлектроника и связь".-М.: Знание. -1979. ->' II. -с. 47-64.

32. Мамчев Г.В. Особенности воспроизведения стереотелевизионных изображений индексным кинескопом //Известия ВУЗов. Приборостроение. - 1979. -т. ХХП. - № 2. -с, 73-77.

. 33.Мамчев Г.В. Стереотелевидение. -М.: Энергия, 1979.-64 с.

34. Мамчев Г.В. Оценка точности отображения геометрических соотношений объекта ортостереоскопической телевизионной системой //Системы и средства передачи информации по каналам связи: Сб. Труды учебных институтов связи. -Л., 1979. -с. 121-127.

35. Мамчев I .В. Особенности построения стереотелевизионных передающих камер //Техника кино и телевидения. -1980. - № 12. -с. -46-49.

36. Мамчев Г.В. Улучшение качественных показателей стереоскопических изображений путем их цифрового преобразования //Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума "Проблему цифрового кодирования и преобразования изображений", сентябрь, 1980, . Тбилиси. - 1980. -с. 126-127,

37. Мамчев Г.В. Определение точности измерения глубинных размеров стереотелевизионными системами //Известия ВУЗов. Приборостроение, - 1981. -т. ОТ. -МО. -с, 14-19.

38. Мамчев Г.В. Особенности предъявления стереоскопических иллюстраций //Экспресс-информация, Серия "Обучение в высшей

и средней специальной школе"/НИИ проблем высшей школы. -!.'..: 1981. -Вып.2т - 16 с.

39. Мамчев Г.В. Получение стереоскопических радиационных изображений //Дефектоскопия. -1981. - № 7. -с. £8-33.

40. Мамчев Г.В. 0 возможности использования частотного способа уплотнения в стереотелевидении //Обработка информации в системах связи: Сб. Труды учебньк институтов связи. -Л., 1981. -с. 158-166.

41. Мамчев Г.В. Стереотелевидение //Серия Радиоэлектроника и связь /Знание. -М.: 1982. - Л" 2. -64 с.

42. Мамчев Г.В. Об эффективности применения стереотелевизионных устройств отобрьжения визуальной информации в тренажерах //Тезисы докладов Всесоюзной НТК "Тренажеры в формировании навыков ирн подготовке специалистов, 28-30 сентября 1982, Пермь. - М. г 1982.-с. 67-68.

43. Мамчев Г.В. Влияние -эффекта бокового обзора на восприятие етерзотелевиэиопних изображений //Теория передачи информации по каналам связи: Сб. научных трудов учебных институтов Связи/ ЛЭИС. -Л -, 1982. - с. 97-102.

44. Мамчев 1.В. Основные параметры ортостереосколической телевизионной системы //Техника кино и телевидения. -1982. -//8. -с. 61-54.

45. Мамчев Г.В. Оценка глубинной разрешающей способности ультразвуковой стереотелевизионной установки //Известия ВУЗов. Приборостроение. - 1982. -т. ГО. -!.' 9. -с. 79-82.

46. Мамчев Г'.В. Стереотелевизионные устройства отображений информации. -М.: Радио и связь, 1993. -96 с.

47. Мамчев Г.В. Особенности построения стереотелевизионных устройств отображения информации //Межвузовский сборник Оптико-электронные системы и приборы /Новосибирский институт инженеров

геодезии, аэрофотосъемки и картографии. -Новосибирск, I9E33. -с. 16-21.

48. Мамчев Г.Б. Определение точности визуального измерения геометрических соотношений при наблюдении стереоскопически:-' изображений //Тезисы докладов Всесоюзной НТК "Развитие и совершенствование телевизионной техники, 20-22 ноября 1984, Львов. -М.: Радио и связь, 1984. -с. 38.

49. Мамчев I.В., Овсянников П.П. Устройство связи оператора с ЭВМ при наблюдении стереотелевизионных изображений //Приборы и техника эксперимента. -1984. - JJ 2. -с. 58-61.

60. Мамчев Г.В. Современное состояние и перспективы развития стереотелевидения //Зарубежная радиоэлектроника. -1985.

- Г I. -с. 3-20.

51.. Мамчев I.B. Определение основных геометрических пара-метроы стереотелевизионных устройств отображения радиационных изображений // Дефектоскопия. -1985. - ff 2. -с. 39-45.

52. Мамчев I.В. Оценка точности отображения трехмерного пространства растровым электронным микроскопом стереоскопического типа //Известия ВУЗов. Приборостроение. -1985. -т. ХХУШ.

- fi 2. -с. 44-48.

53. A.c. I190542 СССР, МКИ Н04А/ 13/00. Устройство формирования стереотелевизионных изображений /I,В.Мамчев, И.П.Овсянников (СССР). - № 3559490/24-09; Заявл. 28.02.83; Опубл.7.11.85, Бюл. I? 41 //Открытия. Изобретения. -1985. -Р 41. -с. 261.

54. Мамчев 1.И. Аналитическое определение координат воспринимаемого трехмерного пространства //Техника кино и телевидения. -1967. - !? 8. -с.23-26.

55. Мамчев I .В. Расчет и проектирование стереотелевизионных устройств //Методические указания ПО курсовому и дипломному проектировали» /Новосибирский электротехнический институт связи. Новосибирск, I9R7. -22 с.

56. Мамчев I .В. Эргономическое проектирование стереотелевизионных устройств отображения визуальной информации /Редакция журнала "Известия ВУЗов". Радиоэлектроника. -Киев, 1987. -7 с.. -Цеп. в ВИНИТИ, № 8972-В87.

57. Мамчев Г.В. Влияние устройств пространственного разделения на качество воспринимаемых стереотелевизионных изображений //Тезисы докладов Всесоюзной НТК "Развитие и совершенствование технических средств телевизионного вещания, 27-28 октября 19Ш. -М.: Рпдис и спязь, I9B8. -с. 13.

БИ. Мамчев 1.В. Оценка точности отображения трехмерного пространства просвечивающим электронным микросколом стереоскопического типа // Известия ВУЗов. Приборостроение. -1988. -т.XXXI.

- № И. -с. 66-90.

5Э. Мамчев Г.В. Оценка влияния устройств пространственного разделения на четкость воспринимаемых изображений стереопары //Электронные устройства систем связи: Сб. научных трудов учебных институтов связи /ЛЭ11С. -Л., 1988. -с. 44-49.

60. Мамчев I.В, Оценка глубинной разрешающей способности стереорентгенотелевизионных установок //Дефектоскопия. -1989.

- !? 12. -с. 26-30.

.61. Мамчев 1.В. Определение глубинной разрешающей способности растрового электронного микроскопа стереоскопического типа //Оптико-механическая промышленность. - 1990. - £ 3. -с. 21-23.

62. Мамчев Г.В. Оценка точности выполнения метрических операций в трехмерном пространстве стереотелевизионного устройства //Эргономика и ,дизайн робототехники: Эргономика. Труды ВННИТЭ.

-М.: 1990. -выи. 39. -с. 53-63.

63. А.с. 1Б96490 СССР, ЬШИ Н04Л/ 15/00. Стереотелевизионное устройство отображения микрообъектов /I.В.Мамчев (СССР). -№ 4256252/24-09; Заявл. 03.06.87; Опубл. 30.09.90. Бш. .»,' 36 //Открытия. Изобретения. - 1990. - № 36. -с. 263.

64. Мамчев I.В. Особенности воспроизведения томографических изображений с помощью Ьариофокапьного зеркального объектива //Известия ВУЗсв. Приборостроение. - 1990. -т. ХХХШ. - !.' 12. -с. 52-56.

65. Мамчев I.В. Особенности получения стереоскопических изображений с помощью акустического микроскопа// Дефектоскопия. - 1991. - !?■ И. -с. 42-47.

Подписано в печать 19.01.93 Формат 62 X 84 1/1С. Объем 2,25 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 67.

ОТПЕЧАТАНО НА УЧАСТКЕ ОПЕРАТИВНОЙ ПОЛИГРАФИИ НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА