автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Оценка характеристик восприятия цветовой информации и методы их измерений

РГ5 ОД

~ 3 НОЯ ис]

На правах рукописи УДК 621.397

КОЧИН Леонид Борисович

ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ВОСПРИЯТИЯ ЦВЕТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ И МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Специальность 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы и

устройства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 2000

Работа выполнена в Балтийском государственном техническом университет* «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова, г. Санкт-Петербург.

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук, доцент Соколов В.К.

Научный консультант - доктор технических наук, доцент Полосин Л.Л.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тимофеев Б.С., кандидат технических наук Ресовский В.А.

Ведущая организация:

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, г. Санкт-Петербург.

Защита состоится 77 2000 г. в /О час. на заседанм

диссертационного совета Д 063.21.03 в Санкт-Петербургском государственно!» университете аэрокосмического приборостроения по адресу: 190000, Санкт Петербург, ул. Б. Морская, 67, Круглый зал (ауд. 5301).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " » J 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 063.21.03

Б.П.Разживин

ЕШ V3. D

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время системы обработки и отображения видеоинформации входят в состав большинства радиоэлектронных комплексов и в значительной мере определяют качество их работы. Использование цвета является одним из путей повышения эффективности таких систем. Решение данной проблемы необходимо для совершенствования многих существующих и разрабатываемых систем: телевизионных, мультимедийных, а также систем специального назначения. Некоторые важные аспекты использования цвета в системах обработки и отображения нуждаются в дополнительном исследовании и включении в нормативные документы.

Оценка и учет характеристик преобразования и восприятия цветовой информации позволяет сформулировать технические требования к системам обработки информации и управления. Использование новых методов колориметрических измерений обеспечивает повышение их точности и быстродействия.

Анализ литературы показал, что стандартные колориметрические системы обладают существенными недостатками и не дают возможности количественно оценить и объяснить некоторые эффекты цветовосприятия, например пороговые эффекты, эффекты Бецольда-Брюкке и Бецольда-Эбнея. В связи с этим возникла необходимость совершенствования векторной системы представления цвета.

Актуальной задачей является выработка универсального критерия и на его основе сравнительная оценка качества систем отображения цветовой видеоинформации при различных условиях наблюдения.

Точность существующих методов колориметрических измерений недостаточна для решения подобных проблем и должна быть повышена за счет отказа от традиционных и реализации всех возможностей новых методов.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является количественная оценка характеристик восприятия цветовой информации зрительной системой человека, совершенствование методов их измерения и выработка практических рекомендаций для проектирования, и эксплуатации радиоэлектронных систем отображения видеоинформации в цвете. Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. проанализировать достоинства и недостатки существующих колориметрических систем, рассмотреть традиционные методы колориметрических измерений и оценить возможность применения новых методов при таких измерениях;

2. разработать систему представления цвета, адекватно учитывающую особенности отображения и восприятия цвета зрительной системой человека;

3. провести с использованием этой модели теоретические и экспериментальные исследования характеристик цветовосприятия;

4. провести экспериментальные исследования с использованием новых методов и уточнить требования к ним и границы применимости;

5. дать итоговую оценку предложенным методам и выработать рекомендации для практического применения результатов диссертационной работы.

Методика исследования. При проведении теоретических исследований использованы базовые математические методы векторных и аффинных преобразований в соответствующих пространствах. На различных этапах исследования использован аппарат матричных операций, основные преобразования аналитической геометрии и математические методы колориметрии. Экспериментальные исследования проведены как на разработанных и

изготовленных действующих макетах устройств, так и на математических моделях с помощью ЭВМ.

Научная новизна работы состоит в следующем: предложена для использования психофизическая векторная система представления цвета с нелинейным преобразованием амплитуд Я,в,В.

показано, что в рамках данной системы известные нелинейные эффекты Бецольда-Брюкке и Бецольда-Эбнея могут быть адекватно математически описаны;

рассмотрен с новых позиций вопрос о влиянии источника белого света при колориметрических измерениях;

с использованием новой векторной системы впервые получены экспериментальные результаты измерений порогов цветовосприятия при воспроизведении цветов на дисплее;

разработаны и уточнены отдельные положения метода оценки качества воспроизведения информации в цвете; с использованием предложенного критерия качества получены сравнительные оценки качества устройств отображения различных типов при различных условиях наблюдения;

проведены экспериментальные исследования устройств отображения видеоинформации с помощью новых тестовых пространственных сигналов в виде цветных зон Френеля;

предложен нетрадиционный метод спектроколориметрических измерений на основе перестраиваемого акустооптического фильтра и с его помощью выполнены экспериментальные исследования характеристик устройств отображения.

Практическая ценность результатов работы. Разработана векторная система представления цвета с нелинейным преобразованием интенсивности, позволяющая количественно оценить ряд эффектов цветовосприятия для комплексной оценки качества систем отображения, а также метод колориметрических измерений на основе перестраиваемого акустооптического фильтра, отличающийся высокой точностью и хорошими адаптивными возможностями.

Проведенные теоретические исследования позволили получить следующие практические результаты:

- предложена психофизическая система представления цвета с нелинейным преобразованием интенсивности;

- изучено влияние источника белого света на восприятие цветной видеоинформации и представлены соответствующие количественные оценки, показано, что изменение длины волны света при различных источниках белого может достигать 75 нм;

- разработаны методы оценки качества устройств отображения цветной видеоинформации и проведено сравнение различных типов данных устройств; обоснована величина оптимального расстояния наблюдения для дисплеев различных типов;

- разработаны аппаратно-программные формирователи тестовых пространственных сигналов для оценки качества устройств отображения;

- проведены измерения цветовых координат с помощью предложенного акустооптического метода и определены требования к акустооптическому фильтру для этих целей: спектральное разрешение не хуже 3 нм при дифракционной эффективности до 50%.

Реализация работы. Предложенные методики и результаты исследований использованы при проведении НИР в ОАО «НИИ РЭК», АО «Радиоавионика», испытательной лаборатории электрооборудования «Сертис», внедрены в учебный процесс в БГТУ.

Апробация работы. Основные теоретические выводы и практические эезультаты доложены на:

2-й международной конференции по оптической обработке информации ;С-Петербург, 1996 г.);

VII международной научно-технической конференции "Оптические, эадиоволновые, тепловые методы и средства контроля природной среды, материалов и промышленных изделий" (г. Череповец, 1997 г.);

II Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков [г. С-Петербург, 1998 г.);

54-й научно-технической конференции НТО РЭС им. А.С.Попова [т. С-Петербург, 1999 г.)

3-й международной конференции по оптической обработке информации 'г. Москва, 1999 г.)

Четвертой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" [г. С-Петербург, 1999 г.)

научно-технических семинарах профессорско-преподавательского состава 5ГТУ, СПб, 1998, 1999 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Вклад автора в разработку проблемы. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, результаты экспериментальных исследований получены автором самостоятельно. Постановка задач теоретических исследований, макетирование, а также моделирование на ЭВМ выполнялись :овместно с соавторами, фамилии которых указаны в списке опубликованных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 155 страницах машинописного текста, иллюстрированного 62 рисунками, включает 3 таблиц. Приложения занимают 17 страниц. Работа состоит из введения, четырех ■лав, заключения, приложения и списка литературы, включающего 96 наименований.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Система представления цвета в квазиметрическом векторном пространстве R,6,6 с нелинейным преобразованием интенсивностей.

2. Теоретические и экспериментальные исследования и количественные оценки сарактеристик преобразования и восприятия видеоинформации в психофизической :истеме R,G,B.

3. Метод оценки и критерий качества устройств отображения цветной видеоинформации по тестовым пространственным сигналам.

4. Метод измерения цветовых координат в произвольной колориметрической :истеме на основе перестраиваемого акустооптического фильтра.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности работы, здесь сформулированы дели и основные задачи исследования, научная и практическая ценность работы, указаны основные положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

В первой главе диссертации рассмотрены особенности существующих <олориметрических систем, указаны их недостатки. Проанализированы способы воспроизведения цвета современными устройствами отображения, механизмы и факторы восприятия цвета зрительной системой человека. Дана классификация известных характеристик и методов представления информации в цвете. Рассмотрены основные методы колориметрических измерений.

Все существующие колориметрические системы основаны на трехмерном характере цвета. Различия между ними определяются выбором способа преобразования координат в векторном трехмерном пространстве цветов. Из-за недостаточности экспериментальных данных по цветовосприятию, стандартные колориметрические системы МКО вынужденно используют аффинное цветовое пространство. Аффинное пространство не является метрическим, поэтому существует множество вариантов векторных преобразований, что породило большое количество колориметрических систем. Их общим недостатком является произвольный выбор цветовых координат.

Считается [1], что наиболее удобной системой представления цвета явилась бы равноконтрастная система, в которой одинаковым изменениям цветовых стимулов соответствовали бы равные изменения цветовых координат. Поиск и разработка полностью равноконтрастной колориметрической системы до настоящего времени является актуальной задачей.

Возможность создания равноконтрастной колориметрической системы лежит в отказе от аффинного и переходе к метрическому цветовому пространству [2]. В метрическом пространстве определены понятия длины цветового вектора, а также угла между векторами, поэтому при правильном выборе цветовой координатной системы появляется возможность приблизить цветовое пространство к реальному пространству цветовых ощущений.

Одной из особенностей цветовосприятия [3] является нелинейный характер. В диапазоне яркостей объектов до 120 кд/мг нелинейность зрительной системы хорошо аппроксимируется кореньквадратичной зависимостью. При восприятии цвета существуют пороговые эффекты, как по насыщенности, так и по цветовому тону.

Достижение верной передачи цветов при воспроизведении цветных изображений радиоэлектронными устройствами возможно при согласовании параметров и характеристик последних с характеристиками зрительной системы. В первой главе приведена классификация цветных устройств отображения. Их структура отвечает сложившимся представлениям трехкомпонентной теории цветового зрения. Общими принципами является разложение на основные цвета, обработка по выбранным основным цветам и последующее аддитивное смешение цветов. При разработке и эксплуатации радиоэлектронных устройств отображения важно также учитывать влияние на правильность цветопередачи многочисленных внешних факторов, главными из которых являются условия наблюдения и наличие посторонней засветки.

Получение и согласование колориметрических характеристик требует наличия соответствующих методов и средств контроля. Поэтому в первой главе диссертации дан анализ существующих методов колориметрических измерений, представлена подробная их классификация, перечислены достоинства и недостатки различных методов. Показано, что наряду с такими традиционно использующимися методами [4], как визуальным, фотоэлектрическим, спектрометрическим на основе призменных монохроматров и дифракционных решеток, целесообразно исследовать применимость новых, в частности спектрометрического метода на основе перестраиваемого акустооптического фильтра.

Исходя из анализа состояния вопроса, выполненного в первой главе диссертации, были сформулированы и уточнены цели и задачи исследований, проведенных в последующих разделах работы.

Во второй главе описана психофизическая система представления цвета в цветовом векторном пространстве с нелинейным преобразованием интенсивностей, на основе которой даны количественные оценки нелинейных эффектов

цветовосприятия при воспроизведении цветных изображений. При разработке системы представления цвета использованы удельные координаты цвета, полученные Е.Н.Юстовой и Полосиным Л.Л. (рис.1), которые соответствуют функциям спектральной чувствительности Я,С,б каналов зрительной системы человека.

г,д,Ь(Л)

Рис. 1

Дополнительное нелинейное преобразование заключается в том, что по осям Я,(7,Б (рис. 2) в качестве единичных выбираются следующие величины:

Аг =7(7,4, =4в. (1)

Цветовая плоскость представляет в этом случае равносторонний треугольник (рис. 3), причем, каждая точка на цветовой плоскости характеризуется величиной вектора |7| и углом Ф между вектором 1 и полярной осью. В качестве последней на рис.3 выбрана ось, направленная по вектору

В общем случае вектор 7 на цветовой плоскости удобно представлять в прямоугольной координатной системе, одна из осей которой совпадает, например, с вектором Ag: тогда

/i = ag+ arcos (р + аь cos ф = as + (<з, + аь) cos ф,

¡2 = ar sin ф - ab sin ф = (аг - аь) sin ф,

(2)

Таким образом, с амплитудами Ап Ая, А-п можно обращаться как с векторами, естественно, что векторами являются и их проекции. Цветовой вектор 1 характеризует две величины: цветовой тон и насыщенность. Очевидно, что угол Ф является мерой цветового тона. Насыщенность N определяется величиной вектора 7. Она может быть представлена в виде:

íV =

I1

L2+l2 Ar2 + Ag2+Ab2'

(3)

Рис. 3

Локус цветов в новой системе представления цвета показан на рис. 4 Очевидно, что в данной системе нет нереальных цветов.

-9в

Рис. 4

Известные в колориметрии [5] нелинейные эффекты Бецольда-Брюкке и Бецольда-Эбнея (рис. 5), проявляющиеся в визуальном изменении цветового тона при изменении яркости или насыщенности цвета, не имеют объяснения в рамках стандартных колориметрических систем.

ДА., нм

15 -

На основе вышеуказанного математического описания исследовано изменение цветового тона при разбавлении некоторого цвета белым светом. Показано, что в случае равноэнергетического белого света имеет место эффект «притяжения цветов»: цветовой тон смеси стремится к цветовому тону превалирующей компоненты. При разбавлении неравноэнергетическим белым светом эта зависимость существенно видоизменяется. Вид кривых для различных источников белого представлен на рис. 6. Здесь показаны зависимости ДХ от X для источника равноэнергетического белого (РЭ), а также для стандартных источников В, О5000, О55оо, О65оо, Оггоо- Из рисунка видно, что зависимость, относящаяся к равноэнергетическому источнику (кривая 1) по своему характеру наиболее близка к кривой Бецольда-Брюкке. Максимальная величина изменения длины волны составляет 75 нм для источников В и 07500-Д^, нм

в

РЭ

"54 Ч " "

X, нм

Рис. 6

Во второй главе представлены результаты экспериментальных исследований порогов цветовосприятия при воспроизведении цветов на дисплее. Для проведения экспериментов разработана программа формирования цветных полей сравнения. Пороги в системе R,G,B дисплея Samsung Sync Master 3Ne имеют вид, показанный на рис. 7.

Разброс значений в различных частях цветовой плоскости получается меньшим, следовательно, предложенная система представления цвета оказывается ближе к равноконтрастной, чем использовавшиеся ранее. Экспериментально измеренные координаты цветности использованного дисплея следующие: Хя=0.652; уя=0.311; хе=0.322; ус=0.581;хв=0.151;ув=0.061.

Рис. 7

В третьей главе разработана методика оценки качества радиоэлектронных устройств отображения цветной видеоинформации. Здесь поставлена задача сравнения отображающих устройств различных типов при различных условиях наблюдения. Критерии качества разделены на объективные и субъективные. Проанализированы факторы, влияющие на интегральное качество функционирования системы отображения. Среди объективных параметров влияющих на качество выделяются следующие: диапазон фотометрических яркостей воспроизводимых изображений (для современных систем достигает 500 кд/м2) или максимальный световой поток (до 1500 лм), разрешающая способность, определяемая числом элементов разложения (до 10е), формат кадра, контраст изображения (до 200:1), наличие мельканий и дрожания изображения, а также наличие муаров. Среди субъективных факторов отмечены: реальная разрешающая способность, определяемая расстоянием и углом наблюдения, реальная воспринимаемая яркость, зависящая от яркости изображения, фоновой засветки и расположения наблюдателя.

Для получения обобщенных количественных оценок качества устройств отображения использовано соотношение:

-Н)

00 00

0_0_

<ха> 1

I ¡Узс(т> п)<1тс1п о о

(4)

где К - контраст изображения на экране, обеспечиваемый в заданных условиях наблюдения; ^ву+зс (т, и) - двумерная суммарная контрастно-частотная характеристика (КЧХ) воспроизводящего устройства и зрительной системы;

угс (т, п) - двумерная КЧХ зрительной системы человека.

Субъективные факторы могут учитываться с помощью метода экспертиз.

Распространение получил [6] также метод оценки качества на основе параметров ухудшения (импов). При этом отличному качеству изображения соответствует нулевое ухудшение. Различные ухудшения, выраженные в импах, суммируются арифметически, что дает возможность учесть весь комплекс параметров и характеристик, определяющих качество изображения.

Для оценки качества отображения видеоинформации в цвете дополнительно вводится понятие колориметрической точности цветопередачи.

Более общим критерием является критерий интегральной прозрачности. Интегральная прозрачность применительно к устройствам отображения может быть рассчитана по следующей формуле:

1 А\^1ш-с1па-в)оэс*зс^п)^п (5)

Гцв-ств-в = ЛП'—,„ „ )—тгх-;-гт-}—'

-5тпо Я ^яя-с/лс-вдс (т, и)ялк/л

Здесь М - коэффициент усиления яркости в канале белого; 5,- - насыщенность по интенсивности; - пороговая насыщенность по интенсивности;

^м-о/кс-«оэс+зсС™.") - двумерная суммарная контрастно-частотная характеристика тракта изображения цветовых каналов оптико-злектронной и зрительной систем; ^Ев-аж-в)х{т, п) - двумерная суммарная контрастно-частотная характеристика оппонентных цветовых каналов зрительной системы.

Интегральное качество системы ц определяется интегральной прозрачностью каналов яркости и цветности:

?= ■ (6)

Оценка качества специальных устройств воспроизведения изображений связана с учетом дополнительных факторов, которые также могут быть введены через характеристики ухудшения. Таким образом, описанный подход является универсальным.

С использованием этих критериев выполнены сравнительные оценки качества для нескольких типов систем отображения видеоинформации и различных условий наблюдения. На рис. 8 для примера представлены рассчитанные по (4) зависимости показателя качества устройств отображения с различной высотой экрана (Н) от расстояния наблюдения (Я). Кривая 1 соответствует наименьшему размеру экрана, равному 25 мм (по диагонали), кривая 3 - наибольшему (61 мм по диагонали) соответственно.

Отдельно в данном разделе рассмотрены вопросы выбора тестовых сигналов для оценки качества систем отображения. Проанализированы известные методы определения параметров и характеристик с использованием стандартных пространственных тестовых сигналов.

Исследованы особенности пространственных ЛЧМ-сигналов в виде цветных зон Френеля (рис. 9).

Известно [7], что данный вид сигнала является наилучшим как для определения КЧХ устройств отображения, так и для оценки монохромных и цветных муаров Предложен оригинальный аппаратно-программный формирователь пространственных сигналов цветных зон Френеля, проведены экспериментальные исследования нескольких устройств отображения по этим тестовым сигналам.

0,6 0,40.2 -

R/H

Рис. 8

Для получения экспериментальных контрастно-частотных характеристик дисплеев создана программа, формирующая тестовые сигналы с пространственными частотами от 0 до 1500 твл. Проведено экспериментальное определение контрастно-частотных характеристик цветного дисплея, как в белом цвете, так и в основных И, б,В цветах, а также экспериментально определены координаты цветности дисплея. Эти данные использованы при оценке качества дисплея, а также в экспериментах по определению порогов цветовосприятия.

I

I

*

- t м

J

Рис. 9

Четвертая глава диссертации посвящена исследованиям нового метода <олориметрических измерений на основе перестраиваемого акустооптического фильтра (ПАОФ). Здесь рассматриваются физические принципы работы ПАОФ, а гакже сформулированы требования, предъявляемые к подобному фильтру для делей колориметрии. Показано, что фильтр должен иметь разрешение по длине золны не хуже 3 нм в диапазоне от 360 до 820 нм при дифракционной эффективности не менее 50 %.

Исследована возможность создания спектроколориметра на основе ПАОФ, зыполнены эксперименты по измерению цветовых координат с помощью акустооптического спектрометра.

В процессе анализа существующих материалов и режимов работы перестраиваемых акустооптических фильтров выявлено, что наиболее

перспективным является фильтр с кристаллом парателлурита (ГеОг) е квазиколлинеарном режиме акустооптического взаимодействия.

Основными проблемами при создании спектроколориметра, основанного нг ПАОФ, являются создание коллимированного светового пучка независимо от типа у расположения источника излучения, а также достижение необходимой чувствительности фотоприемного устройства для работы при малых уровням светового потока. Первая проблема решается путем использования специальны) схем коллиматоров, вторая - применением современных фотоприемников с достаточно высокой интегральной чувствительностью.

Показано, что при измерениях характеристик источников излучения с модулированным по интенсивности световым потоком таких, как экраны кинескопа, введением фильтрации на частотах модуляции достигается повышение помехоустойчивости измерений.

Проведенные экспериментальные исследования с различными типами ПАОФ в различных режимах взаимодействия подтвердили правильность основных теоретических положений.

Режим коллинеарной дифракции с кристаллом а-БЮг обладает максимально возможной разрешающей способностью до 0.3 нм, но малой чувствительностью (не менее 20 Вт оптической мощности). Для этого режима исследована зависимость отношения сигнал/шум от времени накопления. Показано, что оптимальное время накопления лежит в пределах от 10 до 40 мс.

Квазиколлинеарный ПАОФ с кристаллом парателлурита имеет разрешение до 0.5 нм и на порядок большую чувствительность. Проведены экспериментальные исследования ПАОФ в режиме квазиколлинеарной дифракции при определении спектрограмм излучений основных цветов дисплея.

Структурная схема экспериментальной установки представлена на рис. 10:

Рис. 10

Излучение дисплея подвергается фильтрации с помощью ПАОФ, возбуждаемого ЛЧМ-сигналом формируемым специальным блоком, оптический сигнал преобразуется фотоприемником в электрический и поступает на электроннолучевой индикатор, отображающий спектрограмму. Полученные результаты достаточно хорошо совпали с паспортными данными дисплея.

Итогом исследований являются практические рекомендации по разработке новых типов спектроколориметров - приборов для колориметрических измерений на основе ПАОФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования арактеристик восприятия и методов измерения цветовой информации, роведенные в настоящей работе, позволили получить следующие основные аучные и практические результаты:

1. Дан анализ существующих колориметрических систем и классификация традиционных методов колориметрических измерений.

2. Разработана новая психофизическая система представления цвета и с использованием этой системы даны количественные оценки нелинейных эффектов цветовосприятия. Показано, что ряд известных эффектов цветовосприятия: эффекты Бецольда-Брюкке и Бецольда-Эбнея можно рассматривать как частные случаи одного более общего эффекта. Исследовано влияние источника белого света на восприятие цветов, показано, что изменение длины волны для разных источников лежит в пределах от 15 до 75 нм. Сравнение теоретических и экспериментальных данных подтверждает необходимость использования источника близкого к равноэнергетическому при колориметрических измерениях.

3. Предложена методика оценки характеристик устройств отображения по тестовым сигналам, проведены расчеты характеристик и даны сравнительные оценки интегрального качества устройств отображения цветовой видеоинформации. Показано, что при увеличении расстояния наблюдения в 4 раза интегральное качество увеличивается в 1,4 раза. С помощью разработанного программного обеспечения проведены экспериментальные исследования муаров при воспроизведении изображений цветных зон Френеля на устройствах отображения различных типов, показано, что картина муаров существенно зависит от типа устройства, масштаба изображения и сочетаний цветов элементов зон.

4. Выполнены эксперименты по исследованию порогов цветовосприятия при воспроизведении цветов на экране дисплея с представлением результатов в предложенной психофизической системе, проведена соответствующая статистическая обработка их результатов. Результаты экспериментов показали, что новая психофизическая система представления цвета близка к равноконтрастной. Предложен новый метод колориметрических измерений на основе ПАОФ. Проведены измерения колориметрических параметров устройств отображения, как традиционными методами, так и с использованием ПАОФ. В экспериментах с различными типами ПАОФ исследованы координаты цветности образцов светофильтров, полученные экспериментальные результаты хорошо совпали с паспортными данными.

5. Сформулированы технические требования к ПАОФ для целей колориметрии: разрешение по длине волны не хуже 3 нм в диапазоне от 360 до 820 нм при дифракционной эффективности не менее 50 %. Показана принципиальная возможность создания спектроколориметров на основе ПАОФ. Экспериментально на разработанном макете акустооптического спектрометра достигнуто разрешение 0,5 нм.

Проведенные исследования и предложенные методы могут быть использованы ю только для оценки параметров и характеристик радиоэлектронных устройств ¡тображения, но и при цветовых измерениях промышленных образцов, различных юточников излучения, красителей, при анализе цветовой видеоинформации в :истемах мониторинга окружающей среды и др.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Vladimirov F., Kozenkov V., Kochin L.p Sokolov V. Optically Induced Holographie Grating Based on Photoanisotropic Material - Liquid Crystal Structure // II Int. Conf. on Optical Information Processing - St. Petersburg. - 1996.

2. Кочин Л.Б., Полосин Л.Л. Сравнительный анализ средств отображения видеоинформации телевизионными и компьютерными дисплеями // VII международная конференция «Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля природной среды, материалов и промышленных изделий», тезисы докладов. - Череповец. - 1997.

3. Кочин Л.Б., Медведев C.B., Хлебников С.Л. Формирование пространственного ЛЧМ-сигнала на ЭВМ // II Всероссийская Научная Конференция Студентов-Радиофизиков, тезисы докладов. СПб.: СПбГТУ. - 1998. - С. 56.

4. Кочин Л.Б., Медведев C.B., Хлебников С.Л. Программный метод формирования тестовых изображений // 54-я Научно-техническая конференция, тезисы докладов. СПб.: СПбГЭТУ. - 1999. - С. 31.

5. Кочин Л.Б. Психофизические особенности восприятия цветовой информации при мониторинге окружающей среды // Труды Четвертой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. СПб.: БГТУ. - 1999. - т.2. - С.188-190.

6. Кочин Л.Б. Особенности отображения видеоинформации в цвете // Деп. ст. № 2192-В99, БГТУ.-СПб.- 1999,- 11 с.

7. А.К. Zajtsev, V.V. Kludzin, L.B. Kochin, L.L. Polosin, V.K.Sokolov The Characteristics of acousto-optic tunable filter for colorimetry // Proc. of SPIE, 1999, v. 3900, p. 54 -59.

8. Кочин Л.Б., Медведев C.B. Пороги цветовосприятия в системе RGB цветов дисплея И Деп. ст. № 3213-В99, БГТУ. - СПб. - 1999. - 12 с.

9. Кочин Л.Б., Романов Ю.Ф. Цифровая обработка изображений. СПб: БГТУ, 1999, 100 с.

10.Кочин Л.Б. Влияние источника белого в эффекте Бецольда-Брюкке // Известия вузов России. Радиоэлектроника, СПб.: СПбГЭТУ. - 2000. - Na 1-2.

11.Кочин Л.Б., Семенов В.Н., Соколов В.К. Аналоговые телевизионные системы. Лабораторный практикум. СПб: БГТУ, 2000, 30 с. (в печати).

Цитируемая литература

1. Д.Джадд, Г.Вышецки Цвет в науке и технике / пер. с англ. под ред. Л.Ф. Артюшина - М.: Мир, 1978. - 592 с.

2. Полосин Л.Л. Новый подход к определению метрического цветового пространства // Техника средств связи. Сер. «Техника телевидения», 1991. - Вып. 2 - с. 3 - 12.

3. Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники. 4.2. М.: Энергоатомиздат, 1989. -432 с.

4. Кривошеее М.И., Кустарев А.К. Цветовые измерения. - М.: Энергоатомиздат, 1990 -240 с.

5. Jacobs G. V., Wascher Т. A. Bezold - Brücke hue shifts further measurements // JOSA, 1967. v. 57. №9. P. 1155-1156.

6. Певзнер Б.М. Качество цветных телевизионных изображений - М.: Радио и связь., 1988.-224 с.

7. Рыфтин Я.А. Телевизионная система. М„ Сов. радио, 1967.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ В

ЦВЕТЕ.

1.1. Анализ современных колориметрических систем.

1.1.¡.Основные сведения о системах МКО.

1.1.2. Цветовая плоскость.

1.1.3. Локус цветов монохроматических излучений на диаграмме цветности системы ХУ2. Цветовой тон и насыщенность.

1.2. Представление цвета в метрическом векторном пространстве.

1.3. Особенности воспроизведения цвета устройствами отображения.

1.3.1. Общие сведения.

1.3.2. Типы воспроизводящих устройств и их характеристики.

1.4. Восприятие цвета зрительной системой человека.

1.5. Методы измерения цветовых величин.

1.5.1. Анализ классификационных признаков.

1.5.2. Обзор приборов и средств колориметрических измерений.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ ЦВЕТОВОСПРИЯТИЯ ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ЦВЕТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ УСТРОЙСТВАМИ ОТОБРАЖЕНИЯ.

2.1. Сущность и особенности математического описания нелинейных эффектов цветовосприятия.

2.2. Система представления цвета в квазиметрическом векторном пространстве с нелинейным преобразованием интенсивностей.

2.3. Представление нелинейных эффектов цветовосприятия в векторной системе с преобразованием интенсивностей.

2.3.1. Случай равноэнергетического белого света.

2.3.2. Стабильные цветовые тона.

2.3.3. Эффект "притяжения" цветовых тонов при сильном разбавлении белым светом.

2.3.4. Случай неравноэнергетического белого света.

2.4. Экспериментальные исследования порогов цветовосприятия в системе с нелинейным преобразованием интенсивностей.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ЦВЕТЕ УСТРОЙСТВАМИ ОТОБРАЖЕНИЯ РЭС.

3.1. Система комплексной оценки качества устройств воспроизведения цветных изображений.

3.2. Методы оценки качества воспроизведения информации в цвете.

3.2.1. Оценка качества телевизионных устройств воспроизведения.

3.2.2. Оценка качества компьютерных дисплеев.

3.2.3. Оценка качества проекционных систем.

3.2.4. Оценка качества специальных устройств отображения.

3.3. Оценка качества устройств отображения по тестовым сигналам.

3.3.1. Виды тестовых сигналов и их особенности.

3.3.2. Методы оценки параметров устройств отображения по тестовым пространственным сигналам.

3.3.3. Сравнительная оценка качества устройств отображения на основе ихКЧХ.

-43.4. Экспериментальные исследования характеристик устройств отображения с помощью пространственных тестовых сигналов.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЦВЕТОВЫХ ВЕЛИЧИН НА ОСНОВЕ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО АКУСТООПТИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА.

4.1. Перестраиваемые акустооптические фильтры и их применение для измерения цветовых величин.

4.2. Исследование возможности создания спектроколориметра на основе перестраиваемого акустооптического фильтра.

4.3. Сравнение практических схем ПАОФ.

4.4. Анализ схем акустооптических спектрометров.

4.5. Экспериментальные исследования источников оптических излучений с помощью перестраиваемого акустооптического фильтра.

4.6. Экспериментальные исследования характеристик устройств отображения с помощью перестраиваемого акустооптического фильтра.

Выводы по четвертой главе.

ОТОБРАЖЕНИЕ И ВОСПРИЯТИЕ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ В

ЦВЕТЕ

Возможность существенного повышения эффективности отображения и восприятия видеоинформации за счет использования цвета является важным фактором совершенствования оптико-электронных систем и устройств. Благодаря цвету возрастает информационная емкость изображения и улучшаются условия восприятия этого количества информации. Вместе с тем при переходе от монохромных изображений к цветным необходимо учитывать ряд особенностей, связанных как с функционированием отображающих устройств, так и с восприятием цвета зрительной системой человека.

Целый ряд радиоэлектронных систем, например телевизионные системы, радиолокационные и радионавигационные системы, системы телеуправления и др., рассчитаны практически полностью на человека как конечного пользователя информации, выдаваемой системой [4]. Таким образом, при рассмотрении вопросов функционирования радиоэлектронных систем требуется учитывать человеческий фактор, включающий несколько аспектов: восприятие информации от радиоэлектронной системы, выделение наиболее значимых фрагментов информации, интерпретация поступающей информации, принятие решения на основе анализа полученной информации, реализация обратной связи и управление функционированием радиоэлектронной системы на основе учета совокупности информационных составляющих. Получение информации от радиоэлектронной системы возможно по различным каналам восприятия. При этом максимальное количество информации (по различным оценкам от

-710 до 43 бит/с) [66, 70] человек способен получить лишь при использовании всех возможностей зрительной системы.

Восприятие визуальной информации включает ряд отдельных особенностей, без учета которых невозможно оптимизировать параметры радиоэлектронной системы в целом. Наиболее характерными особенностями воспринимаемой визуальной информации являются [66, 71] размер изображения, его яркость, контрастность деталей изображения, четкость отдельных элементов изображения, количество воспроизводимых градаций яркости отдельных элементов изображения, наличие мешающих объектов на изображении и т.п. Важным является учет условий наблюдения, к которым относится расстояние наблюдения, наличие фоновой засветки, внешних предметов, как способствующих, так и мешающих восприятию наблюдаемого изображения. Наименее исследованными на сегодняшний день остаются вопросы, связанные с отображением и восприятием видеоинформации в цвете [35]. На рис. 1 представлена классификация систем отображения визуальной информации при ее представлении в цвете.

Исторически развитие радиоэлектронных систем отображения видеоинформации начиналось с монохромных устройств индикации. Подобные устройства широко использовались как в вещательных [65], так и в прикладных (специальных) радиоэлектронных системах отображения [12, 66]. Большие возможности монохромных систем отображения по количеству и качеству воспроизведения и восприятия визуальной информации в последнее время оказываются недостаточными из-за необходимости резкого увеличения количества воспринимаемой информации (уменьшения времени анализа и интерпретации и принятия решения на основе поступающей информации).

Рис. 1. Классификация систем отображения видеоинформации

-9В этих условиях необходимо задействовать все резервы зрительной системы человека, одним из которых как раз и является учет особенностей цветовосприятия видеоинформации. Появившиеся в середине нашего столетия первые аналоговые радиоэлектронные системы отображения информации в цвете сразу позволили расширить возможности по адекватному представлению и восприятию изображений. Вместе с тем существовавшие до последнего времени ограничения не позволяли в рамках единой теории описать особенности цветовосприятия, а следовательно и учесть их при разработке и оценке качества реальных радиоэлектронных систем отображения визуальной информации при ее представлении в цвете. Существующие системы представления цвета, в частности, стандартные колориметрические системы МКО [25, 91], дают лишь отдельные фрагменты по учету цветовосприятия, отсутствует единая комплексная система оценки качества устройств отображения визуальной информации в цвете.

В литературе [5, 44, 50, 65] наиболее полно представлены телевизионные устройства отображения видеоинформации. Они используются как для целей вещания, так и для специальных применений. Телевизионные подсистемы прочно заняли свое место в составе систем связи, теленаблюдения, телеуправления и телеметрии в информационно-обучающих системах. В информационно-управляющих экспертных системах, в том числе бортовых [70], используются многофункциональные дисплеи телевизионного типа (МФДТТ), позволяющие оптимальным образом обеспечить взаимодействие оператора и всего комплекса информационно-технических средств и систем.

Специализированные устройства отображения видеоинформации широко использовались и используются в различных системах локации, навигации, системах пространственного обзора [60]. Требования, предъявляемые к устройствам данного типа являются специфическими, поэтому достижение оптимального сочетания сравнительно небольшого числа параметров подобных устройств возможно и без привлечения дополнительного математического аппарата, описывающего особенности цветопередачи и цветовосприятия.

Ранее было принято отдельно рассматривать системы отображения компьютерной информации. Индикаторные устройства ЭВМ [22] проектировались для решения принципиально иных, чем в телевидении задач. Как правило, требовалось отображение ограниченного набора символов, а также определенные графические данные. При этом требования к отдельным параметрам (количество воспроизводимых градаций яркости, число возможных комбинаций цветов), могут быть снижены по сравнению с индикаторными устройствами телевизионного типа, в то же время из-за наличия специфических особенностей представления и воспроизведения компьютерной видеоинформации ряд параметров (четкость изображения, геометрические параметры) необходимо существенно улучшить [85]. Развитие средств мультимедиа привело к определенной унификации задач отображения информации дисплеями того или другого вида. Так, в частности, современные компьютеры оснащаются средствами воспроизведения телевизионных изображений вещательных стандартов (видеобластеры, ТВ-тюнеры и т.п.). С другой стороны, по каналам вещательного телевидения все чаще передается «чисто компьютерная» информация (системы телетекста, знакогенераторы современных цифровых аппаратно-студийных комплексов и др.). В результате развития и углубления данной тенденции разработчики вплотную приблизились к необходимости создания мультисистемного дисплея, анализ и определение требований к техническим, экономическим, эргономическим параметрам [20] которого является актуальной задачей.

Прогресс технологии изготовления интегральных схем позволил создать принципиально новые системы отображения цветной видеоинформации - жидкокристаллические экранные модули [67]. При малых габаритах и энергопотреблении подобные устройства могут быть весьма высокоинформативными [59].

Отдельное место занимают системы электронного кинематографа и мультимедиа презентаций. Необходимость создания крупноформатных изображений высокой яркости и контрастности предъявляет жесткие требования к техническим и эксплуатационным характеристикам проекционных систем данной категории.

Особенно важно оптимизировать весь комплекс требований, предъявляемых к радиоэлектронным системам отображения визуальной информации в критических условиях, когда воспринимаемый оператором поток данных близок к предельно возможному (потолок пропускной способности зрительной и нейрорецепторной систем человека). Именно этот случай является на сегодня наименее исследованным и требует сосредоточения усилий специалистов по многим смежным областям науки. Исследованиям отдельных аспектов данного комплекса проблем посвящены, в частности, работы [51, 52, 55]. Вместе с тем необходимо отметить, что имеется совсем немного исследований [6], в которых с единых позиций рассмотрены все наиболее значимые из вышеприведенных проблем.

Несмотря на различия требований к РЭС отображения, подход к их проектированию, разработке, эксплуатации должен основываться на единой информационной теории преобразования и восприятия цветовой видеоинформации.

Целью настоящей работы является количественная оценка характеристик восприятия цветовой информации зрительной системой человека, совершенствование методов их измерения и выработка практических рекомендаций для проектирования, и эксплуатации радиоэлектронных систем отображения видеоинформации в цвете.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. проанализировать достоинства и недостатки существующих колориметрических систем, рассмотреть традиционные методы колориметрических измерений и оценить возможность применения новых методов при таких измерениях;

2. разработать систему представления цвета, адекватно учитывающую особенности отображения и восприятия цвета зрительной системой человека;

3. провести с использованием этой модели теоретические и экспериментальные исследования характеристик цветовосприятия;

4. провести экспериментальные исследования с использованием новых методов и уточнить требования к ним и границы применимости;

5. дать итоговую оценку предложенным методам и выработать рекомендации для практического применения результатов диссертационной работы.

Методика исследования. При проведении теоретических исследований использованы базовые математические методы векторных и аффинных преобразований в соответствующих пространствах. На различных этапах исследования использован аппарат матричных операций, основные преобразования аналитической геометрии и математические методы колориметрии. Экспериментальные исследования проведены как на разработанных и изготовленных действующих макетах устройств, так и на математических моделях с помощью ЭВМ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена и детально проработана психофизическая векторная система представления цвета с нелинейным преобразованием амплитуд Я, С,В.

- показано, что в рамках данной системы известные нелинейные эффекты Бецольда-Брюкке и Бецольда-Эбнея могут быть адекватно математически описаны;

- рассмотрен с новых позиций вопрос о влиянии источника белого света при колориметрических измерениях;

- с использованием новой векторной системы впервые получены экспериментальные результаты измерений порогов цветовосприятия при воспроизведении цветов на дисплее;

- разработаны и уточнены отдельные положения метода оценки качества воспроизведения информации в цвете; с использованием предложенного критерия качества получены сравнительные оценки качества устройств отображения различных типов при различных условиях наблюдения;

- проведены экспериментальные исследования устройств отображения видеоинформации с помощью новых тестовых пространственных сигналов в виде цветных зон Френеля;

- предложен нетрадиционный метод колориметрических измерений на основе перестраиваемого акустооптического фильтра и с его помощью выполнены экспериментальные исследования характеристик устройств отображения.

Практическая ценность результатов работы. Разработана векторная система представления цвета с нелинейным преобразованием интенсивности, позволяющая количественно оценить ряд эффектов цветовосприятия для комплексной оценки качества систем отображения, а также метод колориметрических измерений на основе перестраиваемого акустооптического фильтра, отличающийся высокой точностью и хорошими адаптивными возможностями.

Проведенные теоретические исследования позволили получить следующие практические результаты:

- в рамках новой психофизической системы представления цвета получены характеристики цветовосприятия;

- изучено влияние источника белого света на восприятие цветной видеоинформации и представлены соответствующие количественные оценки, показано, что изменение длины волны света при различных источниках белого может достигать 75 нм;

- разработаны методы оценки качества устройств отображения цветной видеоинформации и проведено сравнение различных типов данных устройств; обоснована величина оптимального расстояния наблюдения для дисплеев различных типов;

- разработаны аппаратно-программные формирователи тестовых пространственных сигналов для оценки качества устройств отображения;

- проведены измерения цветовых координат с помощью предложенного акустооптического метода и определены требования к акустооптическому фильтру для этих целей: спектральное разрешение не хуже 1 нм при дифракционной эффективности до 50%.

Реализация работы. Предложенные методики и результаты исследований использованы при проведении НИР в ОАО «НИИ РЭК», АО «Радиоавионика», сертификационном центре электрооборудования «Сертис», внедрены в учебный процесс в БГТУ.

Апробация работы. Основные теоретические выводы и практические результаты доложены на:

- 15- 2-й международной конференции по оптической обработке информации (С-Петербург, 1996 г.);

- VII международной научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля природной среды, материалов и промышленных изделий" (г. Череповец, 1997 г.);

- II Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков (г. С-Петербург, 1998 г.);

- 54-й научно-технической конференции НТО РЭС им. А.С.Попова (г. С-Петербург, 1999 г.)

- 3-й международной конференции по оптической обработке информации (г. Москва, 1999 г.)

- Четвертой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (г. С-Петербург, 1999 г.)

- научно-технических семинарах профессорско-преподавательского состава БГТУ, СПб 1998, 1999 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Вклад автора в разработку проблемы. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, результаты экспериментальных исследований получены автором самостоятельно. Постановка задач теоретических исследований, макетирование, а также моделирование на ЭВМ выполнялись совместно с соавторами, фамилии которых указаны в списке опубликованных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 155 страницах машинописного текста, иллюстрированного 62 рисунками, включает 8 таблиц. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Список литературы включает 96 наименований. Приложения занимают 17 страниц.

Выводы по третьей главе.

1. При комплексной оценке качества устройств воспроизведения цветных изображений мерой может служить величина интегральной прозрачности, которая учитывает как совокупность частных оценок, так и влияние других факторов через коэффициенты ухудшения.

2. В зависимости от конкретной задачи выражение для интегральной прозрачности может модифицироваться соответствующим образом с целью наиболее адекватного соответствия реальным условиям.

3. Для получения количественных оценок интегральной прозрачности необходимы правильно выбранные тестовые сигналы, как в виде оптических транспарантов, так и электрические.

4. Наряду со стандартными тестовыми сигналами (таблицами и сигналами испытательных строк) целесообразно использовать специальные, в том числе пространственные ЛЧМ-сигналы в виде зон Френеля и их электрические аналоги.

5. Экспериментальные исследования различных устройств отображения по сигналам в виде монохромных и цветных зон Френеля свидетельствуют о применимости данного метода при оценке, как отдельных характеристик, так и качества в целом.

- 125 -ГЛАВА 4

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЦВЕТОВЫХ ВЕЛИЧИН НА ОСНОВЕ

ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО АКУСТООПТИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА

4.1. Перестраиваемые акустооптические фильтры и их применение для измерения цветовых величин

Явление спектральной избирательности акустооптического взаимодействия, характерное для некоторых видов и режимов дифракции света на акустических волнах может быть использовано при создании перестраиваемых акустооптических фильтров (ПАОФ).

Акустооптические методы спектрометрии в общем случае подразумевают использование в качестве дисперсионного элемента динамической дифракционной решетки, создаваемой бегущей акустической волной в среде акустооптического взаимодействия [2, 9 -11].

В отличие от традиционных приложений [27, 64], когда внимание акцентируется на селективность режима дифракции по углу падения световой волны или по частоте акустического сигнала, в случае использования акустооптического модулятора в качестве монохроматора важной является селективность режима по длине волны падающего света [14]. В этом случае можно рассматривать как плоские, так и объемные динамические дифракционные решетки позволяющие реализовать узкополосную перестраиваемую фильтрацию оптического излучения [24, 28].

Различия в геометрии акустооптических взаимодействий иллюстрирует рис. 4.1. На рисунке 4.1а представлена форма образца акустооптической ячейки при неколлинеарном взаимодействии. Квазиколлинеарное и

- 126 полностью коллинеарное взаимодействия представлены на рис. 4.16 и 4.1 в соответственно.

Пьезопреобразователь

Рис. 4.1. Различия геометрии взаимодействия света и звука а) коллинеарное, б) квазиколлинеарное и в) неколлинеарное взаимодействия

Следующим важным моментом является выбор материала для акустооптического модулятора. Пригодность того или иного материала для применения в ПАОФ ограничивается рядом факторов. Такой материал должен быть, прежде всего, прозрачным в требуемом оптическом диапазоне, а также обладать небольшим затуханием. Желательным является также высокий показатель преломления, большая величина упругооптических коэффициентов, малая плотность и скорость звука, важно также учитывать анизотропные свойства среды. Учет всех этих требований приводит на практике к резкому сужению перечня пригодных акустооптических материалов, большинство из которых приведены в таблице: а) б)

- 154 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования характеристик восприятия и методов измерения цветовой информации, проведенные в настоящей работе, позволили получить следующие основные научные и практические результаты:

1. Дан анализ существующих колориметрических систем и классификация традиционных методов колориметрических измерений.

2. Разработана новая психофизическая система представления цвета и с использованием этой системы даны количественные оценки нелинейных эффектов цветовосприятия. Показано, что ряд известных эффектов цветовосприятия: эффекты Бецольда-Брюкке и Бецольда-Эбнея можно рассматривать как частные случаи одного более общего эффекта. Исследовано влияние источника белого света на восприятие цветов, показано, что изменение длины волны для разных источников лежит в пределах от 15 до 75 нм. Сравнение теоретических и экспериментальных данных подтверждает необходимость использования источника близкого к равноэнергетическому при колориметрических измерениях.

3. Предложена методика оценки характеристик устройств отображения по тестовым сигналам, проведены расчеты характеристик и даны сравнительные оценки интегрального качества устройств отображения цветовой видеоинформации. Показано, что при увеличении расстояния наблюдения в 4 раза интегральное качество увеличивается в 1,4 раза. С помощью разработанного программного обеспечения проведены экспериментальные исследования муаров при воспроизведении изображений цветных зон Френеля на устройствах отображения различных типов, показано, что картина муаров существенно зависит от типа устройства, масштаба изображения и сочетаний цветов элементов зон.

4. Выполнены эксперименты по исследованию порогов цветовосприятия при воспроизведении цветов на экране дисплея с представлением результатов в предложенной психофизической системе, проведена соответствующая статистическая обработка их результатов. Результаты экспериментов показали, что новая психофизическая система представления цвета близка к равноконтрастной. Проведены измерения колориметрических параметров устройств отображения, как традиционными методами, так и с использованием ПАОФ. Координаты цветности основных цветов дисплея составили: хЛ=0.652; уд=0.311; xG=0.322; yG=0.581; хв-0Л51; у5=0.061. В экспериментах с различными типами ПАОФ исследованы координаты цветности образцов светофильтров, полученные экспериментальные результаты хорошо совпали с паспортными данными.

5. Сформулированы технические требования к ПАОФ для целей колориметрии: разрешение по длине волны не хуже 3 нм в диапазоне от 360 до 820 нм при дифракционной эффективности не менее 50 %. Показана принципиальная возможность создания спектроколориметров на основе ПАОФ. Экспериментально на разработанном макете акустооптического спектрометра достигнуто разрешение 0,5 нм.

Проведенные исследования и предложенные методы могут быть использованы не только для оценки параметров и характеристик радиоэлектронных устройств отображения, но и при цветовых измерениях промышленных образцов, различных источников излучения, красителей, при анализе цветовой видеоинформации в системах мониторинга окружающей среды и др.

1. Акустические кристаллы: Справочник. / Под ред. М.П. Шаскольской. - М.: Наука, 1982.-632 с.

2. Акустооптические методы обработки информации. / Под ред. Г.Е. Корбукова и C.B. Кулакова. Д.: Наука, 1978. - 102 с.

3. Алексеева К.А., Никитина Н.М., Перегудов А.Ф. Характеристики цветоразличения в ТВ условиях наблюдения // Техника кино и телевидения. 1986. - № 6. - с. 27-32.

4. Алиев Т.М. , Вигдоров Д.П., Кривошеев В.П. Системы отображения информации. М.: Высш. шк., 1988. - 223 с.

5. Ангафоров А.П. Цветные кинескопы. М.: Радио и связь, 1986. - 128 с.

6. Антипин М.В. Интегральная оценка качества телевизионного изображения. М.: Наука, 1970. - 154 с.

7. Ашкенази Г.И. Цвет в природе и технике. М.: Энергоатомиздат, 1985. 94 с.

8. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Танковски Н.С. Дифракция света на поверхностных акустических волнах в изотропной среде. // Радиотехника и электроника. 1982. - т. 27. - № 3. - С. 421 - 424.

9. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.И. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985. - 280 с.

10. Ю.Бондаренко B.C., Зоренко В.П., Чкалова В.В. Акустооптические модуляторы света. М.: Радио и связь, 1988.-136с.

11. П.Васильев A.A., Касасент Д., Компанец И.Н., Парфенов A.B. Пространственные модуляторы света. М.: Радио и связь, 1987. 320 с.

12. Ведерников В.А. и др. Цветное стереовидеоконтрольное устройство на кинескопах со штриховым экраном. // Техника кино и телевидения. -1974. № 5. - С. 59-64.

13. И.Волошинов В.Б., Парыгин В.Н. Предельное разрешение при коллинеарной акустооптической фильтрации света. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ., астр. - 1980. - т. 21. - № 1.- С. 90 - 93.

14. И.Волошинов В.Б., Усков А.Н. Акустооптическая фильтрация электромагнитного излучения с использованием двух режимов брэгговской дифракции // Вестн. Моск. ун-та. Сер. Физ. - 1992. - т. 33. -№ 1. - С. 42 -50.

15. Волошинов В.Б., Парыгин В.Н., Хаптанов В.Б. Перестраиваемый акустооптический фильтр на кристалле ниобата лития. Вестн. Моск. ун -та. - Сер. 3 Физ., астр. - 1978. - т. 19. - № 5. - С. 7 - 12.

16. Волошинов В.Б., Мишин Д.Д., Молчанов В .Я. Анизотропная дифракция в парателлурите при большой длине взаимодействия // Письма в ЖТФ. -1992,- т. 18. № 2. - С.33- 37.

17. Гоголь A.A. Оценка качества видеоинформационных систем по характеристикам видеосигналов в процессе системного проектирования: Автореф. дис. докт. техн. наук. СПб. - 1999. - 67 с.

18. ГОСТ 21059.5-76. Кинескопы для черно-белого и цветного телевидения. Методы измерения цветности и неравномерности цветности свечения экрана. Введ. 01.07.77. - М.: Изд-во стандартов. -1979. - С. 3-5.

19. ГОСТ 26799-85. Кинескопы цветного изображения. Общие технические условия. Введ. 01.10.86. - М.: Изд-во стандартов. - 1986. - С. 2 -5.

20. ГОСТ Р50948-96. Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности. - Введ. 1 L09.96. - М.: Изд-во стандартов. - 1996. - 11с.

21. ГОСТ Р50949-96. Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерения и оценки эргономических параметров ипараметров безопасности. Введ. 01.07.97. - М.: Изд-во стандартов. -1996.-26 с.

22. Григорьев B.J1. Видеосистемы ПК фирмы IBM. М.: Радио и связь, 1993. -192 с.

23. Гуревич М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы). JL: Энергоатомиздат, 1983. 268 с .

24. Гусев О.Б. , Клудзин В.В. Акустооптические измерения JL: Изд-во ЛГУ, 1987. 148 с.

25. Д.Джадд, Г.Вышецки Цвет в науке и технике/ пер. с англ. под ред. Л.Ф. Артюшина М.: Мир, 1978. - 592 с.

26. Денисюк Ю.Н., Марков В.Б., Ганжерли Н.М. Проекция трехмерного изображения методом аспектов, сфокусированных в точки //Оптика и спектроскопия. 1998. - т. 84. - № 1. - С. 104 - 109.

27. Есепкина H.A., Липовский A.A., Петрунькин В.Ю. и др. Акустооптические спектрометры на кристаллах // Акустооптические методы обработки информации. Л. 1978. - Вып. 141. - С. 22 - 30.

28. Зайцев А.К. Акустооптические перестраиваемые фильтры в устройствах спектрального анализа оптических сигналов: Автореф. дис. канд. техн. наук. СПб. - 1999. - 16 с.

29. Игнатьев Н.К. Дискретизация и ее приложения. М.: Связь., 1980. - 264 с.

30. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1986. 175 с.

31. Каталог цветного стекла. М.: Машиностроение, 1967. 54 с.

32. Клудзин В.В. Физические основы построения акустооптических устройств. Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. 75 с.

33. Клудзин В.В., Кулаков C.B., Разживин Б.П. Коллинеарная дифракция света на поперечных акустических волнах//Физика тверд, тела. 1976. - Т.18. - №8.- С. 2827-2830.

34. Кочин Л.Б. Влияние источника белого в эффекте Бецольда-Брюкке // Известия вузов России. Радиоэлектроника (в печати). СПб.:СПбГЭТУ, 2000. -№1-2.

35. Кочин Л.Б. Особенности отображения видеоинформации в цвете // Деп. ст. БГТУ. - СПБ. - 1999. - 11 с.

36. Кочин Л.Б. Психофизические особенности восприятия цветовой информации при мониторинге окружающей среды // Труды Четвертой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. СПб.: БГТУ. -1999. - т.2 - С. 188-190.

37. Кочин Л.Б., Медведев C.B., Хлебников С.Л. Программный метод формирования тестовых изображений // 54-я Научно-техническая конференция, тезисы докладов. СПб.: СПбГЭТУ. - 1999. - С. 31.

38. Кочин Л.Б., Медведев C.B., Хлебников С.Л. Формирование пространственного ЛЧМ-сигнала на ЭВМ // II Всероссийская Научная Конференция Студентов-Радиофизиков, тезисы докладов. СПб.: СПбГТУ- 1998. - С. 56.

39. Красильников H.H. Теория передачи и восприятия изображений М.: Радио и связь, 1986.-248 с.

40. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. М.: Радио и связь, 1989.-608 с.

41. Кривошеев М.И., Кустарев А.К. Цветовые измерения. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 240 с.

42. Кустарев А.К., Шендерович A.M. Искажения цветного телевизионного изображения. М.: Связь, 1978. 183 с.

43. Лебедев Д.С., Цуккерман И.Л. Телевидение и теория информации. -М.-Л.: 1965.-219 с.

44. Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. М.: Изд-во Московского университета., 1977.- 384 с.

45. Луизов A.B., Травникова Н.П. Хроматический порог точечных источников света в зависимости от яркости фона // Светотехника. 1979. - № 1. -С. 14-16.

46. Магдич Л.Н. Акустооптические перестраиваемые фильтры. Изв. АН СССР. - Сер. физ. - 1980. - т. 44. - № 8. - С. 1683 - 1690.

47. Магдич Л.Н., Молчанов В.Я. Акустооптические устройства и их применение. М.: Сов. радио, 1978. 112 с.

48. Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники. 4.2. М.: Энергоатомиздат, 1989. 432 с.

49. Новаковский C.B. Цвет в цветном телевидении. М.: Радио и связь, 1988. -288 с.

50. Павлов Н.И., Воронин Ю.М. Вероятность обнаружения объектов на экране монитора оптико-электронной системы наблюдения // Оптический журнал. 1994. - № 7. - С.З.

51. Павлов Н.И., Воронин Ю.М. Вероятность распознавания объектов на экране монитора оптико-электронной системы наблюдения // Оптический журнал. 1994. - № 7. - С.7.

52. Парыгин В.Н., Танковски Н.С., Чирков JI.E. Дифракция света на гармонической акустической волне в изотропной среде. Радиотехника и электроника. - 1982. - т. 27. - № 7. - С. 1422 - 1425.

53. Парыгин В.Н., Чирков JI.E. Дифракция света на ультразвуке в анизотропной среде. Квантовая электроника. - 1975. - т.2. - С. 318.

54. Певзнер Б.М. Качество цветных телевизионных изображений М.: Радио и связь., 1988.-224 с.

55. Полосин Л.Л. Методология оценки качества воспроизведения цветных изображений оптико-электронными системами: Автореф. дис. докт. техн. наук.-СПб., 1997.-34 с.

56. Птачек М. Цифровое телевидение теория и техника. М.: Радио и связь, 1990.-527 с.

57. П эдхем Ч., Сродерс Д. Восприятие света и цвета. М.: Мир, 1978. - 256 с.

58. Разработка эскизного проекта модуля отображения информации для нашлемной системы. Технический отчет. // Л.Ю.Быкова, В.М. Дятлов, Ю.А.Прокофьев и др. М.: Платан. - 1992.

59. Раков В.И. Индикаторные устройства радиолокационных станций. Л.: Судпромгиз, 1962. - 532 с.61. Рекомендация МСЭ-Р № 601.

60. Сапожников P.A. Теоретическая фотометрия М.: Энергия, 1967. 268 с.

61. Стандарт СЭВ 2766-80 Таблица телевизионная испытательная электрическая универсальная. Общие требования, состав основные параметры элементов и сигналов. Берлин. - 1980. - 33 с.

62. Сташкевич A.A. Расчет дифракции света на ультразвуке сложного спектрального состава в акустооптическом процессоре. // Оптика и спектроскопия. 1978. - т. 45. - № 5. - С. 967 - 973.

63. Телевизионная техника. Справочник / под ред. Зубарева Ю.Б., Глориозова Г.Л. -М.: Радио и связь, 1993. 312 с.

64. Техника систем индикации / Пер. с англ. под ред. А.Н. Шеманина и Н.И. Иванова. М.: Мир, 1970. - 519 с.

65. Томилин М.Г. Информационные дисплеи на жидких кристаллах // Оптический журнал. 1998. - т. 65. - № 7. - С. 64.

66. Утида, Саито. Перестраиваемый акустооптический фильтр на основе Те02 // ТИИЭР. 1974. - т. 62. - № 9. - С. 113 -114.

67. Утида, Ниидзеки. Материалы и методы акустооптического отклонения. // ТИИЭР. -1973. т. 61. - № 8. - С. 21- 43.

68. Чернышов Е.Э. Бортовые экспертные системы авиационных комплексов. -СПб.: Радиоавионика, 1996. 256 с.

69. Шерр С. Электронные дисплеи: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 624 с.

70. Шкловер Д.А. К вопросу о светлотной кривой спектральной чувствительности глаза. // Светотехника. 1976. - № 10. - С. 14.

71. Эпштейн М.И. Измерения оптического излучения в электронике М.: Энергия, 1975. 248 с.

72. Эргономика зрительной деятельности человека / В.В. Волков, А.В. Луизов, Б.В. Овчинников, Н.П. Травникова. Л. Машиностроение, 1989. - 112 с.

73. Юстова Е.Н. Цветовые измерения в НПС «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева» // Измерительная техника. 1985. - № 6. - С.20-21.

74. Янг Э.Х., Шикай. Расчет акустооптических устройств. // ТИИЭР. 1981. -т. 69. -№ 1.-С. 62 -74.

75. Abney W. Researches in colour vision and trichromatic theory. London.: Longmans, Green and Co., 1913. 151 p.

76. Chang I.C. Noncollinear acousto-optic filter with large angular aperture. -Appl. Phys. Letts., 1974, v.25, № 7, p. 370 -372.

77. Chang I.C. Tunable acousto optic filtering: an overreview. Proc. SPIE. Device development (instrumentation) applications, 1976. v.90, p. 12 - 22.

78. Chang I.C. Tunable acousto-optic filter utilizing acoustic beam walkoff in crystal quartz. Appl. Phys. Letts., 1974, v. 25, № 9, p. 323 - 324.

79. Conroy J.J., Gottlieb M., Fechtner J.D. Microcomputer controlled tunable acousto-optic filters // SPIE. 1979. vol. 202, Act. opt. devices, p. 33 39.

80. Harris S.E., Nieh S.T.K., Fiegelson R.S. CaMo04 electronically tunable optical filter. Appl. Phys. Letts., 1970, v. 17, № 5, p. 223 - 225.

81. Harris S.E., Nieh S.T.K., Winslow D.K. Electronically tunable acoustooptic filter. Appl. Phys. Letts., 1969, v. 15, № 10, p. 325 326.

82. Harris S.E., Wallace R.W. Acousto-optic tunable filters // JOSA. 1969. vol. 59, № 6. p. 744 747.

83. International organization for standardization ISO/CIE 9241-8 Ergonomie requirements for office work with visual display terminals (VDTs). Part 8. Requirements for displayed colours.

84. International organization for standardization ISO/IEC 13818 JTC1/SC29/WG11 coding of moving pictures and associated audio, V.l-3, 1994.

85. Jacobs G. V., Wascher T. A. Bezold Brücke hue shifts further measurements //JOSA, 1967. v. 57. №9. p. 1155-1156.

86. Küsters J.A., Wilson D.A., Hammond D.L. Optimum crystal orientation for acoustically tuned optic filters. J. Opt. Soc. Am., 1974, v. 64, № 4, p. 434 - 440.

87. Mac Adam D. L. The graphical representation of small color differences // JOSA. 1943. v. 33. p. 675-679.

88. Volochinov V., Michin D. Spectral resolution control of acousto-optical cells operating with collimated and divergent beams // SPIE. 1993 vol. 2051, Opt. information proc. p. 378 385.

89. Voloshinov V. Spectral filtration and opto-electronic processing of images using special cases of ligt diffraction, Proc. 4-th Spring School "Acousto-optics and Applications", Gdansk, Poland, p. 335 349, 1989

90. Yano T., Watanable A. New noncollinear acousto-optic tunable filter using birefringence in paratellurite // Appl. Phys. Lett. 1974. vol. 24, № 6. p. 256 258.

91. A.K. Zajtsev, V.V. Kludzin, L.B. Kochin, L.L. Polosin, V.K.Sokolov The Characteristics of acousto-optic tunable filter for colorimetry // Proc. of SPIE, 1999, v. 3900, p. 54-59.