автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Разработка методов и устройств цветовой коррекции киновидеоматериалов при их телевизионной передаче

РГБ ОД

г I СЯ1 ш

На правах рукописи

ШУГАЛ ЕЙ

Светлана Михайловна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ЦВЕТОВОЙ КОРРЕКЦИИ КИНОВИДЕОМЛТЕРИАЛОЗ ПРИ ИХ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ПЕРЕДАЧЕ

Специальность: 05.11.18—' Приборы и техника кинематографии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

¿¿¿-¿¿С-

Работа выполнена в научно-исследовательском институте телевидения

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент Полосин Л. Л.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тимофеев В. С. кандидат технических наук, доцент Кутузов В. Ф.

Ведущее предприятие — Санкт-Петербургский телерадиоцентр «Петербург — 5 канал»

Защита состоится »-"- 1995 г. в-час.

на заседании диссертационного совета К 035.01.01 Санкт-Петербургского института кино и телевидения по адресу: 191126, Санкт-Петербург, ул. Правды, д. 13;

С диссертацией можно ознакомиться, в библиотеке СПИКиТ.

Автореферат разослан .-*-1995 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ГЛАСМАН К. Ф.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Устранение искажений цветопередачи в различного назначения системах формирования, воспроизведения и анализа цветных изображений является важной и актуальной задачей. Особенно остро этот вопрос стоит в системах с повышенным требованием к качеству воспроизведения цвета: новых вещательных системах повышенной четкости и высокого качества, медицинских видеосистемах, в студийных вещательных телевизионных комплексах, а также в комплексах перезаписи, монтажа и при воспроизведении старых и отреставрированных киновидеоматериалов, где возникает необходимость цветовой коррекции в широком диапазоне в реальном масштабе времени. Известные алгоритмы и построенные на них системы цветокоррекции не позволяют добиться полностью независимой оперативной регулировки различных параметров цветного изображения, при этом коррекция осуществляется в них с сохранением баланса белого, что не дает возможности использовать их для коррекции киновидеоматериалов на старых и отреставрированных пленках, где наряду с другими цветовыми искажениями наблюдается смещение баланса белого.

Поэтому важной и актуальной представляется задача анализа ограничений известных систем и методов цветовой коррекции, исследования способов их устранения и разработки новых методов и устройств оперативной студийной цветокоррекции, позволяющих осуществлять коррекцию киновидеоматериалов в реальном масштабе времени, в том числе в процессе их передачи в прямом эфире.

Цель работы. Основной целью работы является разработка новых методов и устройств цветовой коррекции, позволяющих осуществлять оперативную, практически независимую, коррек-

цию отдельных параметров цвета изображения в реальном масштабе времени в широком диапазоне и с минимальным количеством регулировок, а также анализ результатов эксплуатации новых устройств цветовой коррекции киновидеоматериалов при их телевизионной передаче.

Задачи исследования.

1. Анализ известных телевизионных алгоритмов цветокоррекции и присущих им ограничений при телевизионной передаче киновидеоматериалов.

2. Анализ основных цветовых искажений киновидеоматериалов, хранящихся на старых и отреставрированных пленках.

3. Экспериментальное подтверждение изотропности восприятия цветовой яркости зрительной системой человека и получение экспериментальной зависимости воспринимаемой цветовой яркости от измеряемой яркости.

4. Разработка методов количественной оценки точности передачи основных параметров цвета кинопленками в рамках метрической модели представления цвета и проверка соответствия полученных оценок известным экспериментальным данным.

5. разработка и анализ новых алгоритмов цветокоррекции, позволяющих производить оперативную независимую коррекцию цвета с учетом особенностей его восприятия зрительной системой человека.

6. Техническая реализация и анализ результатов эксплуатационных испытаний устройства оперативной студийной цветокоррекции киновидеоматериалов при их телевизионной передаче.

Методы исследования. Для решения указанных в диссертационной работе задач использовались методы математического анализа, статистической обработки результатов пря-

мых наблюдений, оптимизации радиоэлектронной аппаратуры, вычислительные методы, методы моделирования на ЭВМ и программирования в прикладных пакетах, математической обработки данных.

Новые научные результаты. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

1. Разработаны новые методы оперативной цветовой коррекции, позволяющие учесть особенности восприятия цветовой яркости, насыщенности и цветового тона зрительной системой и получить в широком диапазоне в реальном масштабе времени практически независимую коррекцию по яркости, насыщенности и цветовому тону.

2. Получено экспериментальное доказательство изотропности восприятия цветовой яркости зрительным анализатором и методом прямой экспертной оценки подтверждено, что функциональная связь воспринимаемой цветовой яркости и яркости измеряемой близка к кореньквадратичной, которая использована в метрической модели цветового зрения. Это позволило сделать вывод о том, что метрическая модель цветового зрения может служить основой для создания алгоритмов оперативной цветовой коррекции, свободных от ограничений. присущих известным алгоритмам.

3. Разработаны новые методы количественной оценки точности передачи основных параметров цвета современными кинопленками, выполнена проверка их соответствия известным экспериментальным данным, показана их большая, по сравнению с известными методами, достоверность.

4. Проведен анализ результатов эксплуатационных испытаний устройства оперативной студийной цветовой коррекции, который подтверждает верность исходных предпосылок, заложенных при разработке нового метода цветовой коррекции при его использовании в процессе телевизионной передачи киновидеоматериалов.

Практическая ценность

1. Предложенный метод оперативной независимой цветокоррекции был реализован в оперативном студийном устройстве цветокоррекции. Новое устройство оперативной студийной цветокоррекции было внедрено в эксплуатацию в составе аппаратуры телекинопроекционной Санкт-Петербургского телецентра. Цветокорректор прост в эксплуатации и позволяет добиваться оперативной цветовой коррекции киновидеоматериалов при их телевизионной передаче в реальном масштабе времени, в том числе, в прямом эфире.

2. Экспериментально подтверждена целесообразность использования метрической модели цветового зрения при создании новых алгоритмов цветовой коррекции, свободных от ограничений, присущих известным цветовым корректорам.

3. Предложенные количественные оценки искажений основных параметров цвета (яркости, насыщенности и цветового тона) представлены в эиде удобных для практического применения математических выражений. Они облегчают количественный анализ искажений основных параметров цветопередачи в кино и телевидении и могут быть использованы при оценке точности передачи цвета пленками, используемыми в кино и телевидении.

Аппробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции секции телевидения СПбГЭТУ за 1994 год, на XXX и XXXI секциях молодых ученых и специалистов научно-исследовательского института телевидения (Санкт-Петербург, 1988, 1989), на конференции общества имени A.C. Попова (1995г.)..Успешная эксплуатация построенного на базе нового метода цветокоррекции устройства на Санкт-Петербургском телецентре с марта 1994 года подтверждается "Актом об использовании

цветокорректора КЦ-1 в составе аппаратуры Петербургского радиотелецентра".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано пять печатных работ, в том числе одно авторское свидетельство на изобретение. Основное содержание диссертации рассматривалось на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ и конференциях молодых ученых и специалистов НИИ телевидения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, включающего 147 наименований, 3 приложений. Основная часть работы изложена на 150 страницах машинописного текста. Работа содержит 2 таблицы. 28 рисунков.

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности и практической значимости рассматриваемой проблемы, освещается ее современное состояние. Сформулированы задачи исследования и основные научные положения, которые выносятся на защиту.

В первом разделе проведен обзор существующих устройств цветовой коррекции и заложенных в их основе алгоритмов. Предложена система классификации современных устройств цветокоррекции, а также проведен анализ основных недостатков, присущих этим системам коррекции. Показано, что в рамках известных алгоритмов цветовой коррекции практически невозможно в широком диапазоне производить оперативное изменение одних параметров цвета в реальном масштабе времени без необходимости одновременно производить подстройку остальных параметров, для устранения возникаю-

щих в процессе коррекции взаимных искажений. Это удлиняет и усложняет процесс коррекции, требует использования значительного числа регулировок, а заложенный -в основу известных алгоритмов принцип сохранения баланса белого" делает практически невозможым эффективное использование таких устройств для коррекции искажений киновидеоматериалов, где наряду с другими искажениями наблюдается также и смещение баланса белого. Также существенным недостатком систем цветовой коррекции, построенных на базе известных алгоритмов является то, что в известных алгоритмах в значительной степени не учитываются особенности восприятия цвета нашей зрительной системой, и потому при использовании устройств, построенных на базе известных алгоритмов, при изменении цвета в широком диапазоне трудно добиться оперативной коррекции цветопередачи и приближения цветовоспроизведения к естественно-сму. Показано, что эти ограничения вызваны особенностями подходов к представлению цвета, заложенных в основе создания известных алгоритмов цветовой коррекции. Обоснована целесообразность построения новых алгоритмов на базе модели, обеспечивающей представление цвета, близкое к его восприятия нашим зрительным анализатором, и позволяющей оперировать с цветом в декартовом пространстве.

На основании анализа представленных в первом разделе диссертационной работы данных сформулированы основные задачи исследования, которые решены в реферируемой работе.

Во втором разделе дана характеристика цвета как основного понятия колориметрии, проведен обзор основных психофизических особенностей восприятия цвета и выполнен сравнительный анализ существующих афинных моделей его представления.

Широко используемые на настоящее время колориметрические

системы представления цвета являются неизотропными по отношению к различным цветам видимого спектра излучения, а неметрический характер используемого в рамках традиционной колориметрии афин-ного пространства затрудняет получение количественных оценок основных параметров представления цвета непосредственно в рамках афинного пространства таких моделей его представления.

Поэтому сделан вывод о целесообразности использования представления цвета в метрическом цветовом пространстве для создания новых, более эффективных, алгоритмов коррекции.

Третий раздел посвящен вопросам анализа особенностей восприятия цветовой яркости зрительной системой, экспериментальному подтверждению близости заложенной в рамках модели функциональной связи измеряемой и воспринимаемой цветовой яркости ее восприятию зрением человека.

Известно, что в рамках этой модели цвет может быть представлен вектором I в декартовом пространстве, образуемом выбранными на основании положений оппонентной теории цветового зрения осями Еч/6. Е ж/с и Е к/3 (см. рис. 1).

При этом количественно воспринимаемая цветовая яркость данного цвета Ех может быть найдена как модуль векторной суммы составляющих яркости и цветности:

Е: = / (Еч/62 + Ек/32 + Еж/С2) =./ (Еч/62 + Ес2) Угловое положение проекции вектора Е1 на плоскость цветности относительно координатных осей определяет цветовой тон цвета:

агссоэ

Ец/г

агссоэ

(Ек,

г , р г \1 /г

3 + ьж/с >

При этом 0 < ц> ( 360°.

А угол между вектором Е! и его проекцией на ось яркости характеризует насыщенность цвета изображения:

9 = агссов Еч/б

= агссоэ

Е,

_ (Ек/32 + Еж/Сг + Еч/б)1/г При этом 0 < е < 90°.

Цвета равного модуля опишут в построенном метрическом пространстве полусферу с центром в начале координат системы яркость-цветность. Пронормировав полученную координатную систему

Метрическая модель представления цвета

рис. 1

относительно выбранных единичных значений яркости и цветности, можно получить нормированное метрическое пространство. При этом все реальные цвета зрительной системы будут располагаться внутри построенной таким образом единичной сферы. Полюсу сферы будет соответствовать равноэнергетический белый цвет, а в плоскости цветности будут располагаться нереальные чистые спектральные цвета с нулевой фотометрической яркостью.

В таком цветовом пространстве выполняются все основные законы колориметрии. Любой цвет может быть получен как векторная сумма белого и чистого спектрального цвета, и все пурпурные цвета лежат на линии пересечения плоскости, проходящей через спектральные синий и красный цвета и точку начала координат.

Тогда цвета равной яркости в рамках этой модели образуют концентрические окружности (показано заштрихованной областью на рис. 1) в плоскостях, параллельных плоскости цветности. При этом, как видно из рис.1, предполагается, что зрение является изотропным к восприятию яркости во всем диапазоне цветов, а сам характер связи яркости измеряемой В (где В ~ Еч/б) и воспринимаемой цветовой яркости Е! является кореньквадратичным.

В рамках данной диссертационной работы был проведен эксперимент по проверке верности предположений, заложенных в метрическую модель представления цвета. Экспериментальное подтверждение этих положений было выполнено методом прямой экспертной оценки. В эксперименте принимало участие шесть разнополых и разновозрастных наблюдателей с нормальным цветовым зрением.

В ходе эксперимента стандартные сигналы Ег,и Еь с выхода генератора сигналов цветных полос поступали на разработанную для целей эксперимента установку формирования на экране монитора изображения в виде пятипольной горизонтальной градационной

шкалы для трех основных, трех дополнительных и белого цветов. При этом яркость первого поля фиксировалась на максимальном уровне, яркость последнего - на минимальном, принимаемом за уровень черного, а цветовые яркости остальных трех полей могли изменяться наблюдателями в диапазоне от Е1тах до Е1и1п. Перед наблюдателями ставилась задача добиться на экране плавного изменения воспринимаемых цветовых яркостей от поля к полю в соотношении Е1тах : 3/4*Е[тах : 1/2*Е1тах : 1/4*Е1тах : Е1т1п для каждого из последовательно предъявляемых белого, желтого, голубого, зеленого, пурпурного, красного и синего цветов. После этого стандартным яркомером ЯРМ-3 проводились замеры яркости для каждого из пяти полей каждого из семи последовательно предъявляемых цветов. Измерения проводились для двух уровней внешней освещенности. Фоновая подсветка имела нейтральный серый цвет. Для каждого уровня внешней освещенности был получен массив из 1050 значений..

Структурная схема экспериментальной установки представлена на рис 2 ниже.

Полученные в результате экспериментальных измерений данные были представлены в виде массивов значений, соответствующих пяти уровням воспринимаемой цветовой яркости по каждому из семи цветов:

1

-± бк,

®тахк

где к = [1.. 5] - соответствует уровню воспринимаемой цветовой яркости N = [1..6] - количество принимавших участие в экспери-

ицк

£ и, * вм

3=1 Л 1 Л

I VI-, ] = 1 3

менте наблюдателей. М = [1..5] - количество повторных наблюдений. сделанных каждым из наблюдателей для каждого уровня воспринимаемой цветовой яркости. Втахк - результат измерения яркости к-го цвета для уровня Е, = 1, а №.,= 1/63 - весовые коэффициенты, позволяющие учесть степень достоверности результатов, полученных каждым из шести наблюдателей. При этом погрешность результата для каждого из семи рассматриваемых цветов может быть записана как бк, где

N п-1/2 3=

г N у

I Л,"»]

п I-

R1

R2

R3

Е,=

Ei Eiraax

Ет = - Et

4

1.

2

4] -

- осциллограф телевизионный измерительный С1-81

- датчик цветных телевизионных тест-сигналов Transi test.

- ЕКУ ■

устройство регулировки цветовой яркости цветных телевизионных тест-сигналов

R1...R3 - потенциометры регулировки цветовой яркости

цветных телевизионных тест-сигналов яркомер стандартный ЯРМ-3; 6. - наблюдатель

рис. 2

В результате статистической обработки результатов наблюдений было получено, что при фиксированном уровне внешней освещенности нормированная зависимость воспринимаемой цветовой яркости от измеренной для всех семи цветов при яркостях телевизи-

I max

о.

4 онного изображения до 120 кд/м2 практически одинакова для всех

тест-цветсв и близка к кореньквадратичной зависимости. Отклонение результатов для различных цветов от среднего уровня не превышает 10% при уровне фоновой освещенности 2-3 лк.

На основании полученных в результате статистической обработки данных при использовании прикладного пакета Lotus 123 были построены графические зависимости Е, = f (В). Вид зтих зависимостей для уровня освещенности 2-3 лк показан на рис.3.

Ж

жг !

ж jC 1 I

1 ..... -Л.

В

L =2-3 Ik

рис. 3

Это подтверждает верность положения о яркостной изотропности цветового зрения, заложенного в метрической модели, и соответствие представления цветовых параметров в рамках метричес-

кой метрической модели механизму их восприятия зрительным анализатором, что позволяет сделать вывод о целесообразности использования этой модели для построения нового алгоритма цветовой коррекции.

Анализу особенностей передачи цвета широко используемыми в эксплуатации кинопленками посвящен четвертый раздел работы.

Проведен обзор существующих методов оценки точности передачи основных параметров цвета, их достоинств и недостатков.

На базе метрической модели цветового зрения предложены новые количественные оценки точности передачи основных параметров цвета современными кинопленками.

Предлагается в качестве количественной меры искажений по воспринимаемой цветовой яркости использовать величину

АЕ: = V (ДЕч/62 + ДЕсг) = / (ДЕч/6г + ДЕК/Зг ДЕЖ/Сг) .

где ЛЕч/б и ЛЕС - искажения по нормированным яркости и по цветности соответственно.

А в качестве представляющих наибольших практический интерес количественных мер искажений по цветовому тону и насыщенности использовать соответственно:

А Ек/3 Д Ек/3 Дч> = агссоэ - = агссоэ

Д Ес (ДЕК/3 + ЛЕж/вН/г

А Ек ап^ -

где Д Ек/3 - искажения для данного цвета по оси красно-зеленого, Д Е,/с - искажения по оси сине-желтого, а Д Ес - искажения по цветности; и

ДЕХ

Дв = агссоэ (-) = агссоэ

АЕч/б

(ДЕЧЛ + ДЕх/с + АЕк/З)

ДЕ„

Предложенные оценки были проверены на известных экспериментальных результатах исследования искажений передачи цветового тона отечественными цветными кинопленками.

При интерпретации экспериментальных результатов искажения по цветовому тону с позиций метрической модели цветового зрения с учетом преобразований Джадда записывались через экспериментально полученные значения цветовых координат каждого из исследуемых цветов как

Д Ек/з

Дф = апПё -- агс^

Д Е*/с

хэ - Уэ

0.4 У, - (1- хэ - уэ)

где:

хэ = /'еЧХ) х(Х) тЧХ)э йХ, Х2

уэ = /Мх) у(Х) т'}Х)э йХ

и через расчетные цветовые координаты: Дф = агс

0.4 ур - (1 - Хр - ур)

где

хс = /1еЧХ) х(Х) ехр{-1п 10 I ае" (X) Спд}с1Х . Хг 3=1

Ур = /!еЧХ) у(Х) ехр{-1п 10 £ ас" (X), СМ^ , Р Х2 3=1

где х(Х). у(Х). - кривые сложения в системе 141, Е" (X)

2

- спектральное распределение энергии излучения источника света кинопроекционного аппарата, эеп(Х);) - спектральное распределение энергии удельного монохроматического показателя поглощения красителей позитива, а С"., - выделившиеся в позитивном изображении в результате печати и обработки поверхностные концентрации красителей, которые связаны с копировальными плотностями Бк1 нелинейными зависимостями.

Сравнение результатов, полученных при использовании новых количественных оценок точности передачи основных параметров цвета в системе 142 с данными, полученными по старой методике, показало, что новые количественные оценки дают более узкий разброс значений допустимых цветовых искажений, так. например, допустимые искажения по цветовому тону для рассмотренных 14 тест-цветов составляют 0.9° - 1.4°, по сравнению с 0.3 - 11.8 ед. ИБВ, что позволяет сделать вывод от том, что новая методика оценки цветовых различий дает результаты, более точно описывающие субъективное восприятие цвета зрительной системой.

В пятом разделе представлена разработка новых методов и систем цветокоррекции, построенных на базе метрической модели представления цвета, учитывающих особенности восприятия цвета зрительным анализатором человека и позволяющих производить раздельную регулировку по отдельным параметрам цветного изображения без взаимных искажений в реальном масштабе времени.

На основе метрической модели цветового зрения был разработан алгоритм построения секторного корректора, сохраняющего присущий известным секторным корректорам широкий диапазон регулировок и одновременно позволяющий достигать практически полной взаимной независимости регулировок яркости, насыщенности и цветового тона.

При представлении цвета в рамках метрической декартовой модели можно видеть (см. рис. 1), что практически изменению цветового тона соответствует движение вектора цветности Ес по окружности в плоскости цветности, а изменению насыщенности -изменение углового положения вектора воспринимаемой цветовой яркости, характеризующего полную цветовую яркость цвета изображения, Е1, в пространстве цветность-яркость. Таким образом, для получения действительно независимой регулировки насыщенности и цветового тона недостаточно оперировать лишь цветоразностными сигналами, и необходимый сигнал коррекции должен формироваться с учетом яркостной составляющей изображения. При этом для устранения взаимных искажений регулируемых параметров цвета необходимо поддерживать на постоянном уровне амплитуду сигнала воспринимаемой цветовой яркости Е,. Тогда, принимая в качестве характеристики яркости изображения амплитуду яркостного сигнала Еу, при изменении насыщенности новое значение амплитуды сигнала яркости Еу" для малых приращений насыщенности Д9, используемых в процессе секторной коррекции, может быть представлено как:

Еу" = Е, *з1п(0 + Д6) ~ Еу*созДе + Ес*з1пД8 ,

где Д8 характеризует изменение насыщенности.

Аналогичным образом, для нового значения вектора цветности Ес" при малых приращениях Д8 можно записать:

Ес" = Ес *соэ (в + Д8) = Ес*со$Д6 - Еу*з1пД0.

Для изменения цветового тона далее предлагается разложить полученный модифицированной вектор цветности по двум цветораз-ностным сигналам, соответствующим выбранному значению цветового тона, что, как видно из рис. 1. соответствует умножению модифицированного по насыщенности вектора цветности Ес" на косинус и

синус угла, задающего положение этого вектора на окружности в плоскости цветоразностных сигналов. Математически модифицированные по насыщенности и цветовому тону цветоразностные сигналы при малых приращениях по цветовому тону Дф могут быть представлены в виде:

Ег.у" = Ес" * соэ(ф + Дф), Еь_у " = Ес " * э1п(<р + Дф) •

Для изменения полной цветовой яркости цвета изображения без изменения насыщенности и цветового тона необходимо регулировать амплитуду сигнала Е1, т.е. одновременно изменять амплитуду сигналов цветности Ес и яркости Еу, что может быть записано в виде:

Ес' = Ес*к , Е/ = Еу*к .

где к - регулируемый коэффициент изменения полной цветовой яркости изображения.

Таким образом, измененные по цветовой яркости и насыщенности сигналы яркости Еу" и цветности Ес" можно для малых приращений Д8 записать в виде:

Еу" « к*Еу*созД8 + к*Ес*з1пД8 . Ес" « к*Ес »соэДЭ - к*Еу*з1пД9 .

Тогда, с учетом того, что

Ес = |/Ег_у2 + Еь_у2 ,

результирующий алгоритм коррекции можно записать следующей последовательностью выражений:

Еу" = К*[Еу*созЛ9 + / (Ег_у2 + Еь_у2) * БШЛе] ,

Ег_у". = к*[ /(Ег.у2 + Еь.у2) * созде - Еу*з1пДв]*соз((р + Ач>).

Еь_у" = к*[ /(Ег.у2 + Еь.у2) * соБДе - Еу*зтде]*з1п((р + Д<р),

На базе этого алгоритма был разработан 6-секторный цвето-корректор, лабораторные испытания отдельных узлов которого показали работоспособность и эффективность алгоритма. Результаты разработки оформлены авторским свидетельством на изобретение N 1823151, Бюл. N0 23, 23.06.93.

Однако, проведенное макетирование показало, что практическая реализация алгоритма на имевшейся в то время элементной базе приводит к большому объему плат и экономически нецелесообразна.

Поэтому на основе этой же модели был предложен более простой алгоритм коррекции, позволяющий оперативно изменять в широком диапазоне цветовой тон изображения и предназначенный для коррекции в реальном масштабе времени искажений, возникающих на киновидеоматериалах при воспроизведении изображений на старых и отреставрированных пленках.

Результирующий алгоритм оперативной коррекции искажений по цветовому тону может быть представлен следующей последовательностью операций:

1. Из исходных Ег. Ев и Еь сигналов формируют сигналы осей коррекции Еж/С, Ек/3 и сигнал полной цветовой яркости Е,: Еж/с = П1 Еь • Ек/э = пг (Ег + Еь). Ех = Ег + Ее + Еь ,

где п, и п2 - нормирующие коэффициенты.

2. Двумя органами регулировки, изменяющими коэффициенты регулировки ^ и к2, производят коррекцию по цветовому тону во всем диапазоне цветов изображения:

Еж/сК = * Еж/С ,

Ец/зК = * Еж/С .

При этом, поскольку, как видно из рис. 1,

Д ЕК/3 „ ^ * Ек/з

Д Ф = arctg- = arctg - ,

А Еж/С к2 * Еж/С

достигается возможность изменения цветового тона <р практически во всем диапазоне, от О до 360°.

3. Изменение полной цветовой яркости с возможностью перестройки баланса белого реализуют при помощи органа регулировки. изменяющего коэффициент к3:

Е,К = к3 * Е, .

4. Из скорректированных сигналов Ек/а и Еж/С и полного цветового сигнала Е2 формируют результирующие скорректированные сигналы основных цветов изображения:

Еьк = 1/П1 * Еж/Ск .

Егк = 1/п2 * (Ек/Зк - Еж/Ск) ,

ье ьк/з ьж/с

Структурная схема реализованного на базе этого алгоритма устройства цветокоррекции представлена на рис. 4.

Экспериментальное исследование эффективности работы устройства поводилось в составе действующего телекинодатчика аппаратуры телекино второго поколения типа "Город" Петербургского

рис. 4

Телерадиоцентра в тракте видеосигналов Ег, Eg и Е„.

Петербургский радиотелевизионный центр имеет одну из наиболее богатых и старых коллекций фильмокопий и сталкивается со значительными сложностями при устранении искажений цветопередачи, возникающих на кино- и телевизионных пленках после многократных реставраций. Особенно остро эта проблема стоит для кинопленок, имеющих более широкий, чем телевизионные ленты, цветовой охват.

Имеющийся на настоящее время оперативный материал напечатан на 35 мм пленках: отечественной позитивной пленке фирмы СВЕМА ЦП8Р (большая часть), на пленке РС7 немецкой фирмы ORVO и очень незначительная часть - на узкоформатной 16 мм пленке Kodak 7248 и обратимой 16 мм пленке Ц090. Практически на всех пленках изначально выставленная при использовании форфильтров цветопередача не сохраняется при реставрации: происходит уменьшение насыщенности и общее смещение цветовой гаммы изображения, определяемое типом подложки пленки фильмокопии. Также со време-

нем усугубляются и изначально незначительные искажения цветопередачи. возникающие за счет неточного соблюдения условия проявления пленок.

На основании анализа пленок Санкт-Петербургского телецентра была набрана следующая статистика типичных искажений цветопередачи, возникающих за счет старения пленок:

- на пленке ЦП8Р наблюдается уменьшение насыщенности и смещение в сторону желто-зеленых тонов;

- при сохранении насыщенности для пленки РС-7 характерно смещение в сторону розовато-пурпурного тона:

- и наконец, смещение в синюю область, которое еще усугубляется особенностями цветопередачи используемых отечественных камер, характерно для обратимой пленки Ц090.

При этом выцветание и изменение цветовой гаммы не является равномерным, меняется от кадра к кадру, причем иногда достаточно существенно, и для получения коррекции в реальном масштабе времени требует использования достаточно простого алгоритма, позволяющего эффективно и оперативно изменять цветовой тон в сторону восстановления естественной гаммы цветопередачи при использовании не более двух (по числу рук оператора) органов регулировки.

Практическая эксплуатация построенного на базе вышеописанного нового алгоритма цветокорректора при работе в прямом эфире на пленках описанного выше типа показала, что цветокорректор прост и надежен в эксплуатации, а эффективная цветокоррекция достигается в реальном масштабе времени с использованием одной из ручек регулировки, по оси красно-синезеленого или сине-желтого, в зависимости от типа корректируемой пленки.

В заключение сформулированы основные выводы, полученные в результате проведенной работы, которые сводятся к следующему:

1. Проведены классификация и анализ существующих систем цветокоррекции, который показал, что современные системы цветокоррекции, реализующие известные алгоритмы, . построенные в рамках традиционных неметрических моделей представления цвета, не позволяют производить оперативной и эффективной цветокоррекции в реальном масштабе времени, т. к. цветокоррекция в достаточно широком диапазоне в таких устройствах реализуется с достаточно большим количеством регулировок, и изменение одного параметра цвета изображения приводит к необходимости дополнительной подстройки остальных. В процессе коррекции эти алгоритмы сохраняют баланс белого, что не дает возможности эффективно использовать эти алгоритмы при коррекции искажений, возникающих на киновидеоматериалах на старых и отреставрированных пленках, где наряду с другими искажениями по цветовому тону наблюдается также и общее смещение баланса белого.

2. Сравнительный анализ существующих известных алгоритмов цветовой коррекции показал, что присущие им недостатки связаны с тем, что в основе их построения заложены модели представления цвета в афинном цветовом пространстве, в рамках которых затруднено создание алгоритма коррекции, позволяющего производить практически раздельную регулировку одних параметров цветного изображения в широком диапазоне без внесения искажений в другие параметры. Эти ограничения снимаются при разработке алгоритмов с использованием метрической модели, позволяющей более точно учесть особенности восприятия цвета зрительной системой.

3. Проведенные в рамках данной диссертационной работы эксперименты подтвердили яркостную изотропность цветового зрения и

близость характера связи воспринимаемой и измеряемой цветовых яркостей к кореньквадратичной зависимости, которая использована в метрической модели восприятия цвета. Это позволило сделать вывод о целесообразности использования метрической модели цветового зрения для построения новых оперативных алгоритмов цветовой коррекции.

4. Предложены новые методы количественной оценки искажений передачи цвета изображения современными широко используемыми в эксплуатации пленками в метрическом цветовом пространстве. Их сопоставление с известными экспериментальными данными подтверждает целесообразность применения таких оценок и показывает, что они позволяют в 20 раз сократить диапазон разброса значений, характеризующих минимально допустимые искажения для стандартных тест-цветов, обеспечивают более высокую точность оценки цветовых искажений.

5. Разработаны алгоритмы цветовой коррекции, построенные на основе метрической модели зрительной системы, которые позволяют оперативно регулировать отдельные параметры цвета в широком диапазоне и практически независимо.

6. Выполнена разработка и внедрение в эксплуатацию устройств цветокоррекции, построенных на базе новых алгоритмов, доказана эффективность их применения при телевизионной передаче старых и отреставрированных киновидеоматериалов Санкт-Петербургского телерадиоцентра.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Полосин Л.Л., Шугалей С.М. Методы и устройства цветокоррекции в телевизионной аппаратуре. - Техника кино и телевидения. - 1991. - N 8. - С.23-31.

2. Полосин Л.Л., Шугалей С.М. Способ цветокоррекции телевизионных сигналов и устройство для его осуществления A.c. N 1823151 08.12.92, Бюл. N 23, 23.06.93

3. Полосин Л.Л., Шугалей С.М. Способ цветокоррекции телевизионных сигналов и устройство для его осуществления. Заявка на патент N 92016053 от 23.12.93.

4. Шугалей С.М. Тезисы доклада на XXX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "О соотношении полос пропускания каналов яркости и цветности в ТВЧ", М.: 1989, стр. 23

5. Шугалей С.М. Тезисы доклада на XXXI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ВНИИТ "Определение допустимой ширины разрядной сетки нелинейных преобразований." М.: 1988, стр. 16

6. Полосин Л.Л., Шугалей С.М. Оперативная студийная цветокоррекция цветных отреставрированных фильмокопий.//Труды ЛИКИ, в печати

7. «Разработка макета телекинодатчика ТВЧ». Шифр «Формат-ТВ». Отчет ВНИИТ за 1992 г., 143 стр.

„ 8. «Создание комплекса аппаратуры для цветного телевизионного вещания высокой четкости и выдача исходных требований — задания на разработку и освоение продукции». Шифр «Качество ТВЧ-2». Отчет ВНИИТ за 1993 г., 157.стр.

9. Шугалей С. М. «Представление цвета в метрическом цвтовом пространстве»//НТК профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ ,1994.

10. Полосин Л. Л., Шугалей С. М. Тезисы доклада на научно-технической конференции НТО РиЭС им. Попова, «Сенсорная характеристика цветовая яркость-светлота для телевизионных условий наблюдения», Санкт-Петербург, апрель, 1995 г.