автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Улучшение качества кинопоказа повышением яркости киноэкрана

На правах рукописи

КАРПИШИН ФЕДОР ИВАНОВИЧ

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА КИНОПОКАЗА ПОВЫШЕНИЕМ ЯРКОСТИ

КИНОЭКРАНА

Специальность 05.11.18 «Приборы и методы преобразования изображений

извука»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

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

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Г.В.Тихомирова

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор АВ.Редько,

кандидат технических наук, доцент И АПреображенский

Ведущее предприятие - ОАО «ЛОМО»

Защита диссертации состоится Ц? »(рсЛфрыЦ^ 2004 года в часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д210.021.011 Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения (корп.№3, ауд.3425).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан « % » & 2004 года.

- Отзывы на автореферат диссертации просьба присылать в двух экземплярах по адресу: 191119, Санкт-Петербург, ул.Правды, 13.

Ученый секретарь диссертационного

К.Ф.Гласман

2004-4

26373 ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

С момента зарождения кинематографа специалисты непрерывно вели работы по обоснованию требуемых параметров кинематографических систем. Эти параметры определяют не только качество кинопоказа, но и экономические и эргономические показатели систем.

Обоснованию требуемых параметров кинематографической системы посвящены работы Эдисона, Айвса, Портера, Шсйда, Тальбота, Туна и других зарубежных специалистов. В нашей стране подобные работы велись Е.М.Голдовским, В.Г.Комаром, С.М.Проворновым, Н.К.Игнатьевым, А.ВЛуизовым, В.В.Петровым, О.Ф.Гребенниковым, Г.В.Тихомировой, И.В.Газеевой и другими учеными.

Одним из важнейших параметров кинематографической системы является яркость киноэкрана, которая с развитием кинематографа непрерывно повышалась. Однако если современным стандартом в театральном кинематографе предусмотрена яркость киноэкрана 50±15 кд/м2, то в телевидении яркость экранов бытовых телевизоров уже достигла 200 и более кд/м2. Из фундаментальных работ в области физиологии зрения известно, что с повышением до определенных пределов яркости наблюдаемой сцены возрастает острота зрения, контрастная чувствительность зрительного анализатора, повышается комфортность зрительного восприятия действительности. Следовательно, и с повышением яркости киноэкрана должно улучшаться качество кинопоказа. Однако известно, что дальнейшее повышение яркости киноэкрана в современной 35-мм кинематографической системе с частотой кинопроекции 24 кадр/с сдерживается увеличением заметности зрителю мельканий изображения. Английские и американские специалисты в 1980-х годах с целью повышения яркости киноэкрана и снижения заметности мельканий изображения даже ставили задачу перевода театрального кинематографа на частоту кинопроекции 30 кадр/с. Однако в связи с экономическими затруднениями данный проект принят не был.

Если не будут предприняты действенные меры по снижению замет -ности мельканий изображения, то дальнейшего повышения яркости изображения, а следовательно, и качества-кинопоказа, в существующей кинематографической системе не произойдет.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является обоснование требуемой яркости изображения в театральном кинематографе и параметров кинопроекционного аппарата с электронным управлением^ световым потоком,

.'ОС., НАЦИОНАЛЬНАЯ

3 | БИБЛИОТЕКА

. СПетсрбург о /. ОЭ

обеспечивающего кинопоказ с повышенной яркостью киноэкрана и не заметными зрителю мельканиями изображения. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие основные задачи:

1. Изучение влияния яркости киноэкрана на восприятие изображения кинозрителем.

2. Исследование возможности устранения заметности мельканий изображения при повышенной яркости киноэкрана.

3. Обоснование требований к параметрам кинопроекционного аппарата с электронным управлением световым потоком, обеспечивающего кинопоказ с повышенной яркостью изображения и не заметными зрителю мельканиями изображения.

4. Реализация экспериментальной киноустановки, обеспечивающей улучшение качества кинопоказа повышением яркости киноэкрана.

Научная новизна работы

♦ На основе анализа фундаментальных работ, выполненных в области физиологии зрения, теоретически обоснована, и экспериментально подтверждена оптимальная яркость изображения в театральном кинематографе.

♦ Разработана модель восприятия зрительным анализатором изображения в кинематографе, позволяющая находить четкость воспринимаемого зрителем изображения на психофизической шкале категорий в зависимости от яркости экранного изображения как в системе фотографического, так и электронного кинематографа.

♦ Создана математическая модель восприятия зрительным анализатором мельканий изображения в кинематографе, позволяющая обосновывать требуемые параметры кинематографической системы, обеспечивающие допустимую величину коэффициента заметности мельканий.

Практическое значение работы ♦ Доказано, что существенное повышение яркости киноэкрана в кинематографической сисхеме существующего стандарта с полным устранением заметности мельканий изображения осуществимо с переходом к кинопроекционному аппарату нового поколения с электронным управлением световым потоком с подачей трех импульсов

света на кадр (получен патент Российской Федерации на полезную модель).

♦ Предложена конструкция кинопроекционного аппарата с питанием кинопроекционной ксеноновой лампы от импульсного источника питания, созданного НИИ прикладных физических проблем (НИИПФП, г.Минск), и с вспомогательным обтюратором, полностью устраняющим паразитную засветку изображейия (получен патент Российской Федерации на полезную модель).

♦ Доказана целесообразность использования в системе кинематографа высокого качества кинопроекционных аппаратов нового поколения с частотой кинопроекции 60 кадр/с и электронным управлением световым потоком, позволяющих значительно повысить полезный световой поток, а следовательно, и яркость киноэкрана.

Реализация работы_

♦ Результаты работы использованы в хоздоговорной научно -исследовательской теме «Разработка и изготовление экспериментальных образцов кинопроекционной аппаратуры нового поколения и исследование выходных параметров, включая носителей», включенной в план НИР Министерства культуры Российской Федерации.

♦ Вопросы оценки заметности мельканий изображения и его четкости в зависимости от яркости киноэкрана, а также принципы построения кинопроекционных аппаратов с импульсным питанием кинопроекционных ламп включены в рабочие программы дисциплин «Основы записи и воспроизведения информации» и «Киновидеоаппаратура».

♦ Разделы, посвященные оценке четкости изображения и информационной плотности светового сигнала, воспринимаемого зрительным анализатором, включены в книгу О.Ф.Гребенникова и Г.В.Тихомировой «Основы записи и воспроизведения информации», рекомендованную Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Аудиовизуальная техника».

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 работы в рецензируемых изданиях, составлен отчет по НИР.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 125 стр., 26 рис., 3 табл., список использованной литературы (74 наименования).

Содержание работы

В первой главе анализируются работы по обоснованию некоторых параметров кинематографических систем, определяющих качество кинопоказа.

Важнейшим параметром кинематографической системы, является частота кинопроекции. Наиболее серьезные работы по обоснованию требуемой частоты кинопроекции выполнил Т.Эдисон со своим помощником Диксоном. Он считал, что достаточно высокое качество кинопоказа достижимо при частоте кадросмеп 46 кадр/с. При такой частоте отсутствуют неприятные толчки изображения и обеспечивается достаточно плавное движение изображения, а его мелькания не заметны. Однако братья Люмьер при создании своей системы театрального кинематографа в 1895 году в результате проведенных исследований остановились на частоте кинопроекции 16 кадр/с. При существовавшей в то время сравнительно низкой яркости киноэкрана (10... 15 кд/м ) неприятные толчки в движении изображения слабо воспринимались зрителями, а заметность мельканий изображения была снижена введением дополнительной холостой лопасти обтюратора.

Вопросу снижения заметности мельканий изображения в кинематографе уделяли внимание многие специалисту. Известны работы Айвса, Портера, Тальбота и др. Было введено понятие.«критическая частота слияния мельканий», т.е. частота мельканий, выше которой зритель не замечает мельканий изображения и воспринимает его равномерно светящимся. Было установлено, что критическая частота слияния мельканий возрастает по мере увеличения яркости поля адаптации зрительного анализатора, т.е. по мере увеличения яркости киноэкрана становятся более заметны мелькания изображения.

Развитие кинотехники характеризуется непрерывным повышением яркости киноэкрана, которая к концу 1920-х годов достигала 30 и более кд/м2. Заметность мелькапий изображения существенно возросла, что при переходе к звуковому кинематографу явилось одной из основных причин повышения частоты кинопроекции до 24 кадр/с. Частота мельканий была увеличена с 32 до 48 Гц.

В дальнейшем увеличение яркости экрана продолжалось. В послевоенный период нормативными документами в нашей стране устанавливались номинальные яркооти киноэкрана сначала 35 кд/м, а затем 40, 45 кд/м2. В настоящее время отраслевым стандартом установлена яркость киноэкрана 50±15 кд/м2. Причем с 1970-х годов максимальная допустимая яркость киноэкрана не превышает 65 кд/м2. Повышение яркости киноэкрана вновь привело к заметности зрителям мельканий изображения, что инициировало проведение новых исследований дан-

ного вопроса. В нашей стране работы по изучению восприятия мельканий изображения выполнены Е.М.Голдовским, С.М.Проворнбвым, А.В.Луизовым, В.И.Артишевским и др. Английские специалисты в конце 1980-х годов провели экспериментальные исследования по снижению заметности мельканий изображения при повышенной яркости киноэкрана. В результате они рекомендовали перейти к новому стандарту на частоту кинопроекции в театральном кинематографе 30 кадр/с. Этот вопрос был предметом серьезных обсуждений зарубежных специалистов в области кинотехники. Однако необходимость переоборудования действующих киноустановок и перевода фильмов из филь-мофонда на новый стандарт не позволила реализовать данный проект. В результате на сегодняшний день во всем мире действует стандарт на частоту кинопроекции в театральном кинематографе 24 кадр/с.

Перечисленные работы базировались в основном на результатах экспериментальных исследований. Положение резко изменилось с разработкой в 1960-х годах Н.К.Игнатьевым на базе широко известной теоремы В.А.Котельникова основных положений теории дискретизации сигналов. На основе этой теории было показано, что заметность искажений, в том числе и мельканий изображения, вызванных дискретизацией изображения в кинематографе во времени, зависит в первую очередь от фильтрации временных частот кинопроектором и зрительным анализатором наблюдателя. На основе теории дискретизации О.Ф.Гребенниковым и Г.В.Тихомировой были научно обоснованы требуемая частота кинопроекции в «идеальном» кинематографе, в котором полностью отсутствуют искажения, вызванные дискретизацией изображения во времени. В зависимости от яркости киноэкрана эта частота составляет'96... 120 кадр/с. Было также показано, что при частоте кинопроекции, равной или превышающей критическую частоту слияния мельканий (48...60 Гц), можно полностью устранить не только заметность мельканий изображения, но и дробления изображения, а также снизить заметность прерывистости движения изображения и его смаза. Широкомасштабные эксперименты, проведенные в США Трам-булом, полностью подтвердили результаты теоретических исследований, выполненных в нашей стране. В результате в США была создана система кинематографа «Шоускан», а в нашей стране - «Кинематограф высокого качества» (КВК). В данных системах при любой яркости киноэкрана практически нгг заметны искажения, вызванные дискретизацией изображения. В работах, выполненных в СПбГУКиТ, также показано, что последнее имеет место и в современном телевидении, поскольку частота дискретизации во времени фактически равна не частоте кадров, а частоте полей, т.е. 50 Гц (в США и Японии 60 Гц).

Экспериментальные исследования, проведенные Трамбулом, а в нашей стране Л.В.Соколовым, М.Я.Троицкой и др., показали, что повышение яркости киноэкрана в новых кинематографических системах до 200 и более кд/м2 воспринимается зрителями как резкое повышение качества кинопоказа. В психофизиологических экспериментах И.В.Газеевой установлено, что повышение яркости изображения до 180-200 кд/м2 (при частоте мельканий изображения 72 Гц) снижает утомляемость, улучшает самочувствие, повышает комфортность зрителей. В современном телевидении яркость экранов кинескопов уже достигает 200-300 кд/м2. Причем заметность мельканий изображения устранена повышением частоты мелькания изображения с 50 до 100 Гц.

Таким образом, существенное повышение яркости киноэкрана приводит к улучшению качества кинопоказа. Однако переход к новому стандарту на частоту кинопроекции с целью устранения заметности искажений изображения с повышением яркости киноэкрана встречает существенные затруднения экономического характера. По этой причине можно утверждать, что в обозримом будущем частота кинопроекции 24 кадр/с в 35-мм театральном кинематографе будет сохранена. Вследствие этого необходимо интенсифицировать работы по снижению заметности искажений, главным образом мельканий изображения, в существующей системе кинематографа.

Радикальным решением проблемы является повышение частоты мельканий изображения на киноэкране выше критической частоты слияния мельканий, например, переходом от двухлопастного обтюратора к трехлопастному. Однако при этом коэффициент пропускания обтюратора снижается вдвое. Поэтому трехлопастные обтюраторы в современных 35-мм кинопроекционных аппаратах не используются. В течение длительного времени велись работы по созданию кинопроектора с использованием вместо механического обтюратора импульсного источника света. Однако эти работы не увенчались успехом - источники света имели малый ресурс и не обеспечивали достаточную надежность в работе. Положение резко изменилось с разработкой в НИИ прикладных физических проблем (НИИПФП, Минск) В.А.Лапшиным и др. специального импульсного питающего устройства к обычной ксе-ноновой дуговой лампе. Разработанная система позволяет, не снижая полезного светового потока кинопроектора, уменьшить расход электроэнергии почти в два раза, снизить тепловой режим фонаря кинопроектора и тем самым продлить срок службы как кссноновой лампы, так и отражахеля. Длительные испытания разработанного устройства показали его надежность и удобство в работе. С использованием данного питающего устройства возможно решить задачу перехода от двух

к трем световым импульсам на кадр и тем самым полностью устранить замстность мельканий изображениям существующей системе театрального кинематографа при любой яркости киноэкрана.

На основе выполненного обзора работ можно заключить, что принятый более 70 лет назад стандарт на частоту кинопроекции сдерживает дальнейший прогресс в развитии 35-мм театрального кинематографа. Важнейшей задачей кинотехников является изыскание путей устранения отмеченных затруднений в повышении качества кинопоказа.

Вторая глава посвящена изучению влияния яркости киноэкрана на восприятие изображения кинозрителем.

На основе анализа результатов фундаментальных исследований данного вопроса, выполненных в области физиологии зрения, установлено, что контрастная чувствительность зрительного анализатора и острота зрения достигают максимума в районе 100 кд/м2. При такой яркости поля адаптации глаза наблюдатель наиболее четко воспринимает окружающую его действительность. Вероятно, и изображение на киноэкране в данном случае будет воспринято кинозрителем наиболее четким.

В современных фильмокопиях коэффициент пропускания изменяется от 0,6 до 0,006. Допустимо считать, что в большинстве кинокадров средний коэффициент пропускания равен 0,3. Такой средний коэффициент пропускания определяет среднюю яркость киноэкрана, к которой адаптируется ЗА наблюдателя. Для того, чтобы получить яркость поля адаптации, равную 100 кд/м2, яркость киноэкрана (без изображения) должна быть равна 100/0,3=330 кд/м2. Такое значительное повышение яркости киноэкрана по сравнению с существующим (более чем в шесть раз) оправдано не только целью повышения чёткости изображения. В физиологии зрения показано, что наибольшая комфортность наблюдения достигается при определенной освещенности рассматриваемых объектов, определяемой цветовой температурой используемых ис-точпиков света. Цветовая температура ксеноновых кинопроекционных ламп равна 5600К. В работе показано, что для достижения указанных эффектов яркость кипоэкрана должна превышать 250 кд/м2. Кроме того, оказывается, что время поиска рассматриваемого объекта и его распознаваемости сокрашается по мере увеличения яркости поля адаптации глаза. Это имеет большое значение в кинематографе, где время восприятия каждого кинокадра ограничено.

Таким образом, на основс анализа работ выполненных в области физиологии зрения, можно утверждать, что повышение яркости киноэкрана действительно приведет к существенному повышению качества кинопоказа. Особенно важно то, что при этом повышается четкость

воспринимаемого изображения, которая является важнейшим, если не главным, показателем качества кинопоказа. Вследствие сказанного в работе изучению зависимости четкости воспринимаемого изображения от яркости киноэкрана уделено должное внимание.

За основу принято положение, разработанное в теории записи и воспроизведения информации, о том, что четкость воспринимаемого изображения определяется информационной плотностью записи сигнала изображения на носителе, которая находится по формуле

Н'р=4Ы2ш[1-2(П+2)"'], (1)

где N - разрешающая способность системы записи, т - натуральный логарифм отношения сигнал/шум, п - показатель степени, определяющий форму ПЧХ. Для возможности использования для расчетов формулы (1) необходимо ПЧХ системы выразить формулой

К(0=ехр[-т(Г/Ы)п]. (2)

Причем f - пространственная частота.

Если принять, что функция (2) аппроксимирует ПЧХ зрительного анализатора, то по формуле (1) можно найти информационную плотность воспринимаемого светового сигнала. Поскольку с увеличением яркости поля адаптации возрастают контрастная чувствительность ЗА и острота зрения, то при этом будут изменяться и параметры т, п и N входящие в формулы (1) и (2), а следовательно, и значение информационной плотности воспринимаемого светового сигнала. Из этого следует, что значение Н'р может служить критерием для оценки четкости воспринимаемого изображения при любой заданной яркости поля адаптации глаза наблюдателя.

На основе вышеизложенного разработана математическая модель восприятия изображения в кинематографе. С учетом линейного увеличения от фильмокопии к сетчатке глаза ПЧХ кинематографической системы приводится к поверхности сетчатки глаза. ПЧХ кинематографической системы и ЗА перемножаются и иг итоговой ПЧХ находятся новые значения параметров т, п и N. Последние подставляются в формулу (1), которая дает значение информационной плотности воспринимаемого светового сигнала для конкретной кинематографической системы и для заданной яркости киноэкрана. По полученным значениям Н'р с использованием методов, разработанных в психофизике, находится зависимость четкости на шкале категорий или отношений от яркости киноэкрана.

Апробация разработанной математической модели была произведена с использованием результатов работ известных ученых О.Шейда и В.Г.Комара.

О.Шейдом предложена формула для ПЧХ ЗА

где ^ - критическая пространственная частота, при которой ПЧХ принимает значение равное 1/е. Причем ^ равно 40 или 50 мм-1 при яркостях поля адаптации 12 или 100 кд/м2 соответственно. Для возможности использования для расчетов формулы (1) необходимо выражение (3) привести к виду (2). Значение т было найдено на основе работ, выполненных в области физиологии зрения. Оказалось, что при яркостях поля адаптации от 1 до 1000 кд/м2 значение, т равно 5,5 нат.ед. Теперь формула ДЛЯ ПЧХ ЗА принимает тттт

Кза(£)=ехр[-5,5(Г/К3а)1'45]. (4)

Причем разрешающая способность ЗЛ Мза=Гет1/п=Ге5,50,69.

Для оценки четкости изображения использован метод, разработанный В.Г.Комаром. Этот метод дает оценку субъективно воспринимаемой четкости изображения на шкале категорий в зависимости от значения нормированного критерия резкости, определяемого для яркости киноэкрана 40 кд/м2 следующими параметрами кинематографической системы: размером кинокадра, расстоянием зрителя до экрана и критической пространственной частотой на ПЧХ сквозной кинематографической системы.

Для использования метода В.Комара, вначале для заданных параметров кинематографической системы и яркости киноэкрана, равной 40 кд/м2, находилась функциональная зависимость между итоговой информационной плотностью светового сигнала, воспринимаемого ЗА, и нормированным критерием резкости. Затем с помощью найденной функциональной зависимости определялись для любой заданной яркости киноэкрана значения нормированного критерия резкости, а для них по таблице, данной в работах В.Г.Комара, находилась оценка резкости на психофизической шкале категорий.

Например, было принято, что проецируется кинокадр обычной: 35мм кинематографической системы, а зрители находятся па средних рядах кинотеатра. В результате вычислений было установлено, что отличное по четкости изображение будет иметь место для рассматриваемого случая при яркости киноэкрана 40 кд/м2 для разрешающей способности кинематографической системы, приведенной к фильмокопий, равной 59 мм-1. Если яркость киноэкрана повысить до 330 кд/м2, то отличное по четкости изображение будет иметь место при разрешающей способности кинематографической системы, равной всего лишь 35 мм-1. Следовательно, при этом информационная емкость кинокадра как бы увеличилась в (59/35)2=2,8 раза, хотя в действительности она оставалась неизменной. Следует отметить, что если яркость киноэкрана сохранить равной 40 кд/м2, то при разрешающей способности

35 мм-1 четкость изображения будет оценена не на «отлично», а лишь на «хорошо».

Таким образом, с использованием разработанной математической модели показано, что повышением яркости киноэкрана в системе фотографического кинематографа возможно существенно повысить четкость воспринимаемого в кинотеатре изображения.

Последние годы характеризуются проведением интенсивных работ по внедрению в кинотеатры системы электронного кинематографа. Становится весьма актуальным вопрос о нахождении зависимости четкости изображения в системе электронного кинематографа от принятой в кинематографе яркости киноэкрана.

Решение поставленной задачи осуществлено с использованием изложенной выше математической модели. Для этого находится информационная емкость кадра в системе электронного кинематографа и вычисляются параметры фотографического кинематографа, обеспечивающего такую же информационную емкость кадра. Для данных параметров системы фотографического кинематографа и прочих равных условий определяется для заданной яркости киноэкрана оценка четкости воспринимаемого изображения. Очевидно, что при выполнении указанных условий в обеих системах оценка четкости изображения будет одинаковой.

Принципиальное отличие электронного и фотографического кинематографов заключается в том, что в первом осуществляется дискретизация изображения по пространственным координатам. Это несколько затрудняет сопоставление обеих систем.

Положим, что на входе системы электронного кинематографа в передающей телевизионной камере использована матрица ПЗС площадью S и шагом светочувствительных элементов но горизонтали и вертикали равным X*. Тогда количество элементов матрицы (пикселов) будет равно

Р-Б/Х*2: (5)

В фотографическом кинематографе дискретизация по пространственным координатам отсутствует и количество элементов («фотографических» пикселов) можно принять только условно. Однако это условное количество элементов однозначно определяет теорема В.А.Котельникова. Если разрешающая способность кинематографической системы равна N а площадь кадра - Sr, то количество элементов будет равно

Р.МБ^Д (6)

Информационные емкости кадров в обеих системах равны произведению количества элементов Р и Р, на информационную емкость (энтропию на степень свободы) Н„' и Н ' каждого элемента:

Н'=РН„' и НЖ'=РЖН„'. (7)

В электронном кинематографе информационная емкость элементов зависит от размеров и формы светочувствительных элементов матрицы ПЗС. По мере,увеличения размеров элементов их информационная емкость, а следовательно, и информационная емкость кадра снижаются, но становятся менее заметны искажения, вызванные дискретизацией изображения (муар-эффект). Подобные искажения в театральном кинематографе вряд ли допустимы. Если элементы матрицы ПЗС имеют форму квадрата размером АхА, то их ПЧХ определяет формула

К^Гу^вшс^хАЭгес^А^тс^уАЭгес^уА), (В)

где 1 и 1у - пространственные частоты вдоль осей Ох и Оу. Множители гес^^Х*) и гес1(1уХ*) ограничивают ПЧХ частотой 0,5/Х*, равной половине частоты дискретизации, поскольку более высокие частоты в спектре сигнала не несут в себе полезной информации, а вызывают лишь искажения, вызванные дискретизацией изображения. Функцию (8) в пределах полезных частот достаточно точно аппроксимирует функция, обладающая круговой симметрией:

К(р)=ехр[-т(р/Ы)п]<пгс(2рХ*), (9)

Информационную емкость элемента определяет выражение

Н^=т[1-2(2МХ*)-п(2+п)-1] при Х^0,5Ш. (10)

В фотографическом кинематографе информационная емкость элементов зависит от параметров тип, входящих в формулу (2) для ПЧХ:

Н'вж=т[1-2(п+2)"']. (П)

На основе разработанного метода были найдены оценки четкости изображения в системе электронного кинематографа формата 24Р, в котором количество элементов (пикселов) составляет Р=1080х 1920=2,1х106. При расположении зрителей на расстоянии от экрана, в четыре раза превышающем высоту экрана, и яркости киноэкрана 40 кд/м2 четкость изображения оценивается лишь на «хорошо», но с повышением яркости до 330 кд/м2 четкость оценивается на «отлично».

Из приведенного результата вытекает чрезвычайно важный вывод о том, что принятый стандарт электронного кинематографа даст отличное по четкости изображение лишь при яркостях экрана близких к указанному. И эта задача вполне решается в бытовом телевидении, где приемником является телевизор, яркость экрана которого уже достигает требуемой величины.

Таким образом, действительно повышение яркости киноэкрана существенно улучшает качество кинопоказа не только в фотографическом, но и в электронном кинематографе. Однако, как указывалось, повышение яркости киноэкрана в фотографическом кинематографе существующего стандарта сдерживается искажениями, вызванными дискретизацией изображения во времени, главным образом мельканиями изображения, заметность которых возрастает по мере увеличения яркости киноэкрана.

Зависимость заметности искажений, вызванных дискретизацией изображения от яркости киноэкрана, рассмотрена в третьей главе.

В фотографическом кинематографе записываемое на носителе изображение подвергается дискретизации во времени с частотой кинопроекции. Дискретизация вызывает искажения, которые проявляются в виде стробоскопического эффекта, прерывистости движения изображения, его смаза, дробления и заметности мельканий изображения. Поскольку с повышением яркости киноэкрана возрастает острота зрения, то все эти искажения становятся более заметными кинозрителю.

В теории записи и воспроизведения информации показано, что радикальным путем снижения заметности или устранения данных искажений является повышение частоты кинопроекции до критической частоты слияния мельканий. В кинематографической системе существующего стандарта с частотой кинопроекции 24 кадр/с возможно лишь снижение заметности мельканий изображения. Этот вид искажений наиболее неприятен, поскольку он проявляется при воспроизведении не только движущихся, но и неподвижных изображений. Изысканию путей снижения заметности мельканий изображения уделено в работе основное внимание.

До настоящего времени критерием заметности мельканий изображения является критическая частота слияния мельканий. Значение критической частоты слияния мелькапий дает граничное значение частоты, выше которой мелькания не заметны, а ниже уже заметны. Это затрудняет оценку различных кинопроекционных аппаратов и формулирово-ние требований к вновь разрабатываемой аппаратуре, поскольку интенсивность колебаний яркости на киноэкране во многих случаях зависит от фильтрующего действия кинопроектора, определяемого его конструкцией. Кроме того, из опыта известно, что ЗА допускает некоторую заметность мельканий изображения, которые не оказывают существенного влияния на качество кинопоказа. Вследствие сказанного в работе поставлена задача найти количественную оценку заметности мельканий и определить допустимую величину колебаний яркости киноизображения.

Современные 35-мм кинопроекционные аппараты имеют характеристику обтюрации, близкую по форме к прямоугольной. Причем частота следования световых импульсов равна \=48 Гц. Представим периодическую последовательность импульсов суммой ряда Фурье:

Р»*(0=1+28тс(7сг10)со8271уп1+28тс(л2т10)со82712у„1+..., (12) где т|0 - коэффициент обтюрации кинопроектора. Данная функция показывает входной сигнал для ЗА. Поскольку частота импульсов vn близка к критической частоте слияния мельканий, то зритель воспримет только гармонический сигнал с частотой Все высшие гармоники будут полностью подавлены ЗА. Причем амплитуда входного гармонического сигнала равна

Авх=25И1с(я11о). (13)

Входной гармонический сигнал воспринимается ЗА, который обладает способностью фильтрации временных частот, определяемой временной частотной характеристикой (ВЧХ) K3a(v) ЗА. Поэтому на выходе системы мы получаем выходной гармонический сигнал с амплитудой

А,ых=А„=ЛвхК,а(48). (14)

Если частота входного гармонического сигнала, с амплитудой, равной единице, равна критической частоте слияния мельканий ^ то амплитуда сигнала на выходе системы будет равна

А„=Кза(у,р). (15)

Это значение амплитуды является предельным воспринимаемым ЗА. Если амплитуда выходного гармонического сигнала равна или меньше значения Ао, то зритель мельканий изображения не заметит.

На основе изложенного для оценки интенсивности воспринимаемых колебаний яркости в работе введена формула для коэффициента мельканий

. (16)

Для практического применения разработанной математической модели использованы результаты исследований, выполненных Г.В.Тихомировой и Айвсом.

Формула для ВЧХ ЗА найдена Г.В.Тихомировой

К3»(у)=ехр[-4,8(у/у)[р)2]. (17)

При проведении экспериментов по построению ВЧХ яркость тест-объекта (киноэкрана) посредством оригинального прибора изменялась по гармоническому закону. Если принять то

Ао=ехр(-4,8)=0,008.

Зависимость критической частоты слияния мельканий от яркости киноэкрана нашел Айвс. Однако в своих экспериментах Айвс изменял яркость киноэкрана не по гармоническому закону, а П-образно с коэффициентом обтюрации равным т)0=0,5. С использованием разложения в ряд Фурье последовательности П-образных импульсов согласно выражению (12) формула Лйвса приведена к виду

у«р=12,118Ь+34,7, (18)

где яркость Ь выражена в кд/мл, а изменение яркости на входе ЗА происходит по гармоническому закону.

Теперь, найдя по формуле (18) для заданной яркости киноэкрана значение УКр и подставив его в формулу (17), находим ВЧХ ЗА. Из выражения (13) определяют А^ и, подставив его в формулу (14), вычисляют значение А,я, а по формуле (16) находят

Например, при использовании кинопроектора 23КПК с коэффициентом обтюрации т]о=0,52 при яркости изображения 50 кд/м2 - £м=0,52, а при яркости изображения 20 кд/м2 - ¡;м=0,18. Понятно, что если Е;м=0, то зритель совершенно не замечает мельканий и система воспроизводит отличное изображение.

Для нахождения допустимых колебаний яркости киноизображения был поставлен эксперимент (с участием к.т.н. И.В.Газеевой) по построению сенсорной характеристики зрительного анализатора в зависимости от коэффициента заметности мельканий

В качестве психофизической шкалы принята пятибалльная шкала категорий: 5 - мелькания не заметны; 4 - мелькания слегка заметны; 3 -мелькания заметны; 2 - мелькания очень заметны; 1 - мелькания раздражают. Проекция на экран осуществлялась кинопроекционным аппаратом с переменным углом раскрытия обтюратора и с частотой мельканий 48 Гц. Коэффициент обтюрации г|0 устанавливался равным 0,1; 0,3; 0,5; 0,7. Яркость экрана Ь при проекции (без фильмокопии) устанавливалась равной 20, 35, 50, 65, 80 и 100 кд/м2.

Эксперты (студенты СПбГУКиТ) располагались на расстоянии, в три раза превышающем ширину экрана с соотношением сторон 1,37. В каждом эксперименте принимало участие 35 человек.

На рис.1 показана найденная сенсорная характеристика ЗА в зависимости от коэффициента мельканий.

Оптимальная величина коэффициента мельканий лежит в пределах от 0 до 0,2. При этом одна половина зрителей мелькания не замечает, а другой половине зрителей мелькания слабо заметны. Однако предельно допустимую величину коэффициента мельканий можно расширить до £м=0,35. При этом все зрители будут слабо замечать мелькания изображения.

Балльная оценка

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 5 - не заметно, 4 - слегка заметно, 3 - заметно, 2 - очень заметно,

1 - раздражает

Рис.1

На рис.2 приведена найденная теоретически зависимость коэффициента мельканий от яркости Ь изображения для ряда значений коэффициента обтюрации ТЪ кинопроектора. Из рисунка следует, что для установленной ОСТ19-155-2000 номинальной яркости 50 кд/м2 только при г|0=0.7 коэффициент мельканий изображения не превышает 0,35. Современные кинопроекторы, как известно, имеют коэффициент обтюрации близкий к 0,5. При стандартной яркости экрана 50±15 кд/м2 и коэффициенте обтюрации 0,5 мелькания будут сильно заметны (З...3,5 балла). Однако это будет иметь место только при работе кинопроектора без фильмокопии. Поскольку максимальный коэффициент пропускания фильмокопии равен 0,6, то яркость наиболее светлых кадров составит от 21 до 39,кд/м2. Как следует из рис.2, значения для т1о=0,5 несколько снизятся, но мелькания-изображения все же будут заметны.

Таким образом, даже при существующем стандарте на яркость киноэкрана мелькания изображения зрителю заметны, что существенно снижает качество кинопоказа. Анализ рис.2 объясняет причину того, что при непрерывном .повышении номинальной яркости киноэкрана с 40 до 50 кд/м2, происшедшем с 1970-х годов, максимальная допусти-

мая яркость киноэкрана 65 кд/м2 как в нашей стране, так и за рубежом, оставалась неизменной. Действительно, при такой яркости киноэкрана даже при проекции сравнительно плотных фильмокопий с коэффициентом пропускания 0,4 заметность мельканий изображения превышает предельно допустимую величину.

На основе выполненных исследований можно заключить, что если не будут-приняты действенные меры, то дальнейшего повышения яркости киноэкрана в современном фотографическом кинематографе не произойдет. Как уже указывалось, решением проблемы является переход от двух импульсов света на кадр к трем импульсам. Эта задача вполне реализуема с применением импульсного устройства для питания кинопроекционной лампы.

Глава четвертая посвящена исследованию кинопроекции при использовании кинопроекционного аппарата нового поколения с элек-тропным управлением световым потоком импульсным питающим устройством НИИПФП.

При питании кинопроекционной лампы от этого источника образуются световые импульсы почти прямоугольной формы. Отношение длительности импульса к периоду между вспышками является в данном случае коэффициентом обтюрации кинопроектора. Поскольку обтюратор с кинопроектора удален, то его стали

называть «безобтюраторным кинопроектором». Такие кинопроекторы установлены в ряде кинотеатров г.Минска.

Дальнейшие исследования, проведенные в НИИПФП, показали, что в предложенной системе возможно повысить пиковую мощность излучения лампы в импульсе. Следовательно, переход от двух к трем импульсам на кадр в кинопроекционных аппаратах нового поколения возможен не только без снижения полезного светового потока, но даже с сокращением потребляемой электроэнергии по сравнению с существующими кинопроекционными аппаратами.

Импульсное питающее устройство кинопроекционной ксеноновой лампы, разработанное НИИПФП с целью повышения стабильности работы ксеноновой лампы, в период паузы не отключает полностью питание проекционной лампы. Во время паузы между импульсами лампа излучает от 1 до 3% света от его величины в момент вспышки. Данное явление может вызвать паразитную засветку изображения, что снизит контраст экранного изображения. В результате теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что при подаче двух импульсов на кадр с коэффициентом обтюрации около 0,5 засветка изображения сравнительно не велика (примерно 0,2%) и не оказывает заметного влияния на качество кинопоказа. Однако при трех импульсах на кадр при коэффициенте обтюрации около 0,25 во время проекции достаточно прозрачных кадров засветка приводит к заметному зрителю снижению контраста изображения. Для устранения отмеченного недостатка была предложена установка в КПА вспомогательного механического обтюратора, работающего строго согласованно с импульсным питанием проекционной лампы таким образом, чтобы он надежно перекрывал кадровое окно кинопроектора в интервалах между полезными световыми импульсами. При этом все достоинства безобтюраторного КПА будут сохранены, однако его теперь следует назвать не безобтюраторный КПА, а кинопроекционный аппарат с электронным управлением световым потоком. Экспериментально было подтверждено, что при использовании вспомогательного обтюратора паразитная засветка изображения полностью отсутствует.

Экспериментальный образец кинопроектора нового поколения создан на кафедре киновидеоаппаратуры на базе кинопроекционного аппарата 23КПК-3. Импульсное питающее устройство по разработанному на основе выполненной работы техническому заданию изготовлено НИИПФП. Экспериментальный образец кинопроекционного аппарата предназначен для кинопоказа с яркостью кипоэкра-на до 300 кд/м2 в аудитории на 150 зрителей с частотой кинопроекции 24 кадр/с и подачей на каждый кадр трех импульсов. В кинопроекторе, использована ксено-новая кинопроекционная лампа мощностью 3 кВт. Длительность каждого импульса составляет 6 мс с мощностью в импульсе равной 6 кВт.

К экспериментальному образцу кинопроекционного аппарата был рассчитан, спроектирован и изготовлен трехлопастный вспомогательный обтюратор. На одном валу с вспомогательным обтюратором установлен обтюратор датчика син-

хроимпульсов. Он периодически перекрывает световой поток между оптронной парой, подающей синхроимпульсы на импульсный источник питания кинопроекционной лампы.

Испытания качества кинопоказа согласно ОСТ19-155-2000 проводились по сравнению с качеством кинопоказа, обеспечиваемым кинопоектором 23КПК-3 работающим в обычном режиме с двухлопастным механическим обтюратором. В результате испытаний установлено, что равномерность освещенности киноэкрана, коэффициент засветки экрана, неустойчивость изображения, тяга.обтюратора и разрешающая способность в обоих случаях практически одинаковы.

Установлено, что мелькания изображения при 'трех импульсах на кадр при яркости киноэкрана до 300 кд/м2 совершенно не заметны.

С использованием экспериментального образца кинопроектора был проведен эксперимент по интегральной оценке экспертами качества кинопоказа в зависимости от яркости киноэкрана. Эксперимент проводился по двум вариантам:

1) Демонстрировались кольца фильмокопии с мало подвижным изображением средней плотности. За эталон принята яркость киноэкрана 50 кд/м2. Затем яркость постепенно увеличивалась до 300 кд/м2, а экспертам предлагалось оценить качество кинопоказа категориями: намного лучше, лучше, немного лучше, также, немного хуже, хуже, намного хуже.

2) То же, что и п. 1, но за эталон принята яркость киноэкрана 300 кд/м2 с постепенным снижением яркости киноэкрана до 50 кд/м2.

В качестве экспертов выступали сбтрудники кафедры киновидеоаппаратуры и студенты университета. В каждом эксперименте принимали участие от 15 до 25 экспертов. В проведении экспериментов приняли участие к.т.н. И.В.Газеева и К.Т.Н. В.В.Гусев.

Результаты исследования приведены на рис.3 .

Таким образом, проведенный эксперимент убедительно подтвердил, что с повышением яркости киноэкрана при устранении заметности искажений, вызванных дискретизацией изображения, действительно существенно повышается качество кинопоказа.

Второй вариант экспериментального образца кинопроекционного аппарата нового поколения создан на базе кинопроектора КП-ЗО, переоборудовашюго к.т.н. С. А. Кузнецовым на работу в режиме кинематографа высокого качества с частогой кинопроекции 60 кадр/с. На основе выполненной работы были составлены технические требования к импульсному источнику питания кинопроекционной лампы, который изготовлен НИИПФП. Это устройство обеспечивает работу с 3 кВт проекционной лампой, которая создает один световой импульс на кадр при мощности излучения в импульсе 6 кВт. В результате полезный световой поток кинопроектора, а следовательно, и яркость киноэкрана повышены почти в два раза.

В результате испытаний экспериментальных образцов кинопроекционных аппаратов установлено, что они достаточно надежны в работе и удобны в эксплуатации. Выработаны рекомендации по созданию кинопроекционного аппарата нового поколения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С целью повышения качества кинопоказа в театральном кинематографе в диссертационной работе выполнено:

- На базе результатов фундаментальных исследований, выполненных в области физиологии зрения, обоснована оптимальная яркость изображения в кинематографе, обеспечивающая наивысшие остроту зрения, контрастную чувствительность глаза, скорость нахождения сюжетно важных деталей изображения, а также наиболее комфортные условия восприятия изображения.

- На основе разработанного метода нахождения информационной плотности светового сигнала, воспринимаемого зрителями в киноте-а1ре, доказано, что с увеличением до определенных пределов яркости киноэкрана возрастает четкость воспринимаемого изображения, что существенно повышает качество кинопоказа. В частности, с использованием созданной математической модели показано, что отличная четкость изображения в электронном кинематографе формата 24Р возможна лишь при яркости киноэкрана 300 кд/м2.

- Экспериментально подтверждено, что при устранении заметно-сти искажений, вызванных дискретизацией изображения в кинематографе, интегральная оценка качества кинопоказа с повышением яркости изображения до определенных пределов существенно возрастает.

- С использованием разработанной математической модели восприятия зрительным анализатором мельканий изображения показано, что в современной 35-мм кинематографической системе с яркостью киноэкрана, регламентированной действующим отечественным стандартом, коэффициент заметности мельканий превышает допустимую величину и возрастает при дальнейшем повышении яркости киноэкрана.

- Доказано, что оптимальным путем полного устранения заметно-сти мельканий изображения в существующей системе кинематографа при любой яркости киноэкрана является использование кинопроекционных аппаратов нового поколения с электронным управлением световым потоком, которые без снижения полезного светового потока кинопроектора обеспечивают подачу трех световых импульсов на кадр.

- Показано, что применение кинопроекционных аппаратов нового поколения с электронным управлением световым потоком в системе кинематографа высокого качества позволяет существенно повысить полезный световой поток кинопроектора, а следовательно, и яркость киноэкрана.

- Выполнены испытания реализованных экспериментальных образцов кинопроекторов нового поколения в аудитории на 150 мест, которые полностью подтвердили результаты теоретических исследований. На кинопроекторы нового поколения получены два патента РФ на полезную модель.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. Информационная плотность светового сигнала, воспринимаемого зрительным анализатором// Труды СПбГУКиТ, 2001, вып. 12.

2. Карпишин Ф.И. Яркость изображения в кинематографе// Труды СПбГУКиТ, вып. 14,2002.

3. Тихомирова Г.В., Лапшин ВА, Карпишин Ф.И. Пути устранения заметно-сти мельканий изображения в кинематографе // ТКТ, 2002, №4.

4. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. К вопросу о частоте кинопроекции в кинематографе высокого качества// ТКТ, 2002, №3.

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

6. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. Оценка колебаний яркости изображения в кинематографе// Труды СПбГУКиТ, 2002,-вып. 14.

7. Газеева И.В., Карпишин Ф.И., Тихомирова Г.В. Эксперименталь ное исследование заметности мельканий изображения в кинематографе// Труды СПбГУКиТ, 2002, вып. 14.

8. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. Метод оценки качества изображения в кинематографе // Труды СПбГУКиТ, 2003, вып. 16.

9. Карпишин Ф.И. Кинопроекция с электронным управлением световым потоком и вспомогательным, обтюратором // Труды СПбГУКиТ, 2003, вып. 16.

10. Карпишин Ф.И. Контраст изображения при безобтюраторной кинопроекции // Труды СПбГУКиТ, 2003, вып. 16.

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

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

Изд. лиц. ИД № 02558 от 18.08.2000 г. Подписано в печать 22.12.2003 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 1 уч.-издл. Тираж 100 экз. Заказ 220

Редакционно-издательский отдел СПбГУКиТ. 192102. Санкт-Петербург, ул. Бухарестская, 22.

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

V- 837

РЫБ Русский фонд

2004-4 26373

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАБОТЫ ПО ОБОСНОВАНИЮ ТРЕБУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ КИНЕМАТОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ И КИНОПРОЕКЦИОННЫХ АППАРАТОВ

1.1. Четкость изображения.

1.2. Частота кинопроекции.

1.3. Яркость изображения

1.4. Параметры кинопроекционных аппаратов.

Выводы.

Постановка задачи исследования

2. ВЛИЯНИЕ ЯРКОСТИ КИНОЭКРАНА НА ВОСПРИЯТИЕ

ИЗОБРАЖЕНИЯ

2.1. Информационная плотность светового сигнала, воспринимаемого зрительным анализатором

2.2. Яркость изображения в кинематографе

2.3. Зависимость резкости изображения от его яркости.

2.4. Резкость изображения в электронном кинематографе.

Выводы.

3. ЗАВИСИМОСТЬ ЗАМЕТНОСТИ ИСКАЖЕНИЙ, ВЫЗВАНЫХ ДИСКРЕТИЗАЦИЕЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ОТ ЯРКОСТИ

КИНОЭКРАНА

3.1. Искажения первого и второго рода.

3.2.Количественная оценка заметности мелькания изображения в кинематографе

3.3. Экспериментальное исследование заметности мельканий изображения в кинематографе

3.4. Снижение заметности мельканий изображения в существующем кинематографе

3.5. Искажения изображения в кинематографе высокого качества

3.6. Искажения изображения в электронном кинематографе

Выводы

4. КИНОПРОЕКЦИЯ С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ СВЕТОВЫМ ПОТОКОМ

4.1. Параметры кинопроекции.

4.2. Контраст изображения при безобтюраторной кинопроекции

4.3. Кинопроекция с электронным управлением световым потоком и вспомогательным обтюратором

4.4. Экспериментальные образцы кинопроекционных аппаратов нового поколения.

Выводы

С момента зарождения кинематографа специалисты непрерывно вели работы по обоснованию требуемых параметров кинематографических систем. Эти параметры определяют не только качество кинопоказа, но и экономические и эргономические показатели систем.

Еще до создания первых кинотеатров в работах Т.Эдисона и его помощника Диксона были обоснованы требования к частоте кинопроекции (46 кадр/с) и формату 35-мм киноленты. В дальнейшем братьями Люмьер из экономических соображений была принята • более низкая частота кинопроекции (16 кадр/с), которая в дальнейшем при переходе к звуковому кинематографу была повышена до 24 кадр/с.

Обоснованию требуемых параметров кинематографической системы посвящены также работы Айвса, Портера, Шейда, Тальбота, Туна и других зарубежных специалистов. В нашей стране подобные работы велись Е.М.Голдовским, В.Г.Комаром, С.М.Проворновым, Н.К.Игнатьевым, А.В.Луизовым, В.В.Петровым, О.Ф.Гребенниковым, Г.В.Тихомировой, И.В.Газеевой и др. учеными.

Работы по обоснованию параметров кинематографических систем были особенно интенсифицированы начиная с 1950-х годов в период широкого распространения телевидения и видео. Были пересмотрены стандарты на соотношение сторон киноэкрана, созданы системы широкоэкранного и широкоформатного кинематографа, пересматривались стандарты на частоту кинопроекции. Созданы новые системы с повышенной до 30, 48, 60 кадр/с частотой кинопроекции, проведены работы по созданию стереоскопического и голографического кинематографов.

Непрерывно пересматривались в сторону повышения стандарты на яркость киноэкрана.

В настоящее время широко развернуты работы по созданию электронного кинематографа. В этом направлении выполнены важнейшие исследования отечественным ученым М.И.Кривошеевым. Создан новый стандарт цифровой системы электронного кинематографа формата 24Р.

Появление электронного кинематографа вновь инициировало интенсификацию работ по обоснованию требуемых параметров театрального кинематографа. Одной из важнейших задач является нахождение оптимальной яркости киноэкрана. Если современным отечесвенным стандартом в театральном кинематографе предусмотрена яркость киноэкрана по номиналу 50 кд/м , то в телевидении яркость экранов бытовых телевизоров уже достигла 200.300 кд/м и продолжаются работы по ее повышению. Из физиологии зрения известно, что с повышением яркости наблюдаемой сцены до определенных пределов возрастает острота зрения, контрастная чувствительность зрительного анализатора, повышается комфортность зрительного восприятия действительности.

Значительное же повышение яркости экрана в фотографическом кинематографе встречает существенные технические затруднения, особенно в кинотеатрах большой вместимости. Эти трудности обусловлены не только необходимостью создания источников света очень большой мощности, но и сложностью устранения заметных зрителю мельканий изображения, возрастающих по мере увеличения яркости киноэкрана.

Решению проблемы снижения заметности мельканий изображения способствуют работы белорусских специалистов В.А.Лапшина, 5

Н.Г.Лобач, Н.К.Апалькова и др. направленные на создание специального питающего устройства для питания кинопроекционной ксеноно-вой лампы в импульсном режиме. На базе этого устройства возможно создать кинопроекционный аппарат нового поколения с электронным управлением световым потоком. Такой кинопроекцонный аппарат позволяет не только устранить заметность мельканий изображения, но и решить многие стоящие в настоящее время перед кинотехниками задачи, в частности, значительно повысить световой поток кинопроектора, снизить расход электроэнергии на питание кинопроекционной лампы.

Целью настоящей работы является обоснование требуемой яркости изображения в театральном кинематографе и параметров кинопроекционного аппарата с электронным управлением световым потоком, обеспечивающего повышение качества кинопоказа.

Результаты работы включены в отчет по хоздоговорной научно-исследовательской теме «Разработка и изготовление экспериментальных образцов кинопроекционных аппаратов нового поколения и их испытание», включенной в план НИР Министерства Культуры Российской Федерации, а разделы, посвященные оценке четкости изображения и информационной плотности светового сигнала, воспринимаемого зрительным анализатором включены в книгу

О.Ф.Гребенникова и Г.В.Тихомировой «Основы записи и воспроизведения информации», рекомендованную Министерством Образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Аудиовизуальная техника».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С целью повышения качества кинопоказа в театральном кинематографе в диссертационной работе выполнено:

- На базе результатов фундаментальных исследований, выполненных в области физиологии зрения, обоснована оптимальная яркость изображения в кинематографе, обеспечивающая наивысшие остроту зрения, контрастную чувствительность глаза, скорость нахождения сюжетно важных деталей изображения, а также наиболее комфортные условия восприятия изображения.

- На основе разработанного метода нахождения информационной плотности светового сигнала, воспринимаемого зрителями в кинотеатре, доказано, что с увеличением до определеных пределов яркости киноэкрана возрастает четкость воспринимаемого изображения, что существенно повышает качество кинопоказа. В частности с использо-. ванием созданной математической модели показано, что отличная четкость изображения в электронном кинематографе формата 24Р возможна лишь при яркости киноэкрана 300 кд/м .

- Экспериментально подтверждено, что при устранении заметности искажений, вызванных дискретизацией изображения в кинематографе, интегральная оценка качества кинопоказа с повышением яркости изображения до определенных пределов существенно возрастает.

- С использованием разработанной математической модели восприятия зрительным анализатором мельканий изображения показано, что в современной 35-мм кинематографической системе с яркостью киноэкрана регламентированной действующим отечественным стан

116 дартом коэффициент заметности мельканий превышает допустимую величину и возрастает при дальнейшем повышении яркости киноэкрана.

- Доказано, что оптимальным путем полного устранения заметности мельканий изображения в существующей системе кинематографа при любой яркости киноэкрана, является использование кинопроекционных аппаратов нового поколения с электронным управлением световым потоком, которые без снижения полезного светового потока кинопроектора обеспечивают подачу трех световых импульсов на кадр.

- Показано, что применение кинопроекционных аппаратов нового поколения с электронным управлением световым потоком в системе кинематографа высокого качества позволяет существенно повысить полезный световой поток кинопроектора, а следовательно и яркость киноэкрана.

- Выполнены испытания реализованных экспериментальных образцов кинопроекторов нового поколения в аудитории на 150 мест, которые полностью подтвердили результаты теоретических исследований. На кинопроекторы нового поколения получены положительные решения о выдаче двух свидетельств на полезную модель.

1. М"из К. Теория фотографического процесса, М.-Л.:Гос. изд. техн. теор. лит.,4 1949.

2. Миз К., Джеймс Т. Теория фотографического процесса, Л.-.Химия», 1973.

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

4. Гребенников О.Ф. Основы записи и воспроизведения изображения, М.:Искусство,1982.

5. Гребенников О.Ф. Преобразование изображения при его записигна носителе,Л.:ЛИКИ, 1989.

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

7. Комар В.Г. Количественные критерии качества изображения для оценки кинематографических систем // ТКТ, 2000, №10. „ ^

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

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

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

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

12. Игнатьев Н.К. Теория дискретизации и ее применение к задачам связи, Автореферат докт. дисс., Московский электротехнический институт связи, 1963.

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

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

15. Голдовский Е.М. Узкопленочная кинематография, М.: Кинофо-тоиздат, 1936.

16. Голдовский Е.М. Принципы широкоформатного кинематографа, М.: Искусство, 1962.

17. Антипин М.В. Интегральнгая оценка качества телевизионного изображения, JL: Наука, 1970.

18. Голдовский Е.М. Проблема скорости фильма // Кинофотопро-мышленность, 1940, №8.

19. Кравков С.В. Глаз и его работа, M.-JI.: АН СССР, 1950.

20. Голдовский Е.М. Физические основы кинотехники, М.гГоскиноиздат, 1939.

21. Луизов А.В. Инерция зрения, М.: Оборонгиз, 1961. „

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

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

24. Волосов Д.С., Цивкин М.В. Теория и расчет светооптических систем. М.: Искусство,1960.

25. Проворнов С.М. Основы кинотехники, Л.:ЛИКИ, 1973.

26. Игнатьев Н.К. О стробоскопических явлениях в кино и телевидении//ТКТ, 1957, №8.

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

28. Тихомирова Г.В. Временная частотная характеристика зри-' тельного анализатора и оценка его линейности // ТКТ, 1979, №10.

29. Гребенников О.Ф., ТихомироваТ.В. Пространственно-временные преобразования изображения в кинематографе // ТКТ, 1981,№7.

30. Гребенников О.Ф. Устранение искажений, вызванных дискретизацией изображения в кинематографе // ТКТ, 1987, №1.

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

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

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

34. Гребенников О.Ф. Кинематограф высокого качества // ТКТ. 1988. №4.

35. Антипин М.В. Международный симпозиум «Телевидение высокой четкости» // ТКТ, 1988, №4.

36. Луизов А.В., Федорова Н.С. Число градаций яркости различимое глазом//ОМП, 1973, №10.

37. Травникова Н.П. Визуальное обнаружение протяженных объек- . тов // ОМП, 1977, №3.

38. Газеева И.В. Биокино: оптимизация частоты мельканий изображения и других параметров кинопроекции на основании психофизиологических исследований, Труды СПбГУКиТ, 2002, вып.14.

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

40. Мешков В.В. Основы светотехники, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961.

41. Володько В.А., Троицкая М.Я., Прокофьева Н.М., Соколов А.В. Экспериментальное исследование кинематографа высокого качества //ТКТ, 1989, №10.

42. Голдовский Е.М. Проблемы кинопроекции, М.: Искусство, 1955.

43. Белоусов А.А., Гребенников О.Ф., Кузнецов С.А., Лапшин В.А., Малюхова Т.В. Принцип функционирования новой кинематографической системы КВК-М // ТКТ, 2001, №7.

44. Лапшин В.А., Лобач Н.Г., Шарманов С.В. Источники питания для безобтюраторной проекции // ТКТ, 1999, №7.

45. Апальков Н.К., Лапшин В.А., Лобач Н.Г. и др. Импульсные источники питания для кинопроекционных ламп//ТКТ,2002,№4.

46. Белоусов А.А., Гребенников О.Ф., Гусев В.В. и др. Безобтюраvторная кинопроекция// ТКТ, 2002, №2.

47. Белоусов А.А., Гребенников О.Ф., Гусев В.В. и др. Безобтюраторный кинопроектор, Мат-лы Международной выставки «Кинотеатр XXI», СПб, 1999.

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

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

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

51. Карпишин Ф.И. Яркость изображения в кинематографе. Труды СПбГУКиТ, 2002. Вып.14.

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

53. Тихомирова Г.В., Карпишин Ф.И. К вопросу о частоте кинопроекции в кинематографе высокого качества // ТКТ. 2002. №3.

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

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

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

57. Гребенников О.Ф. Методы записи визуальной информации, СПб:СПбИКиТ,1996.V

58. Гребенников О.Ф.,Полосин JI.JI., Гудинов К.К., Сравнительная оценка качества изображения в кинематографе и телевиде-нии//Проблемы развития техники и технологии кинематографа. СПбИ-КиТ, 1995.

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

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

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

62. Ives H.E. A theory of Intermittent Vision// Journ. Of the Opt. Soc. of America.-l 922.-6.

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

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

65. Robson J.G. Spatial and Temporal Contrast-Sensitivity Functions of the Visual System 11 JOSA, 56, 1966.

66. Мелик-Степанян A.M., Проворнов C.M. Детали и механизмы киноаппаратуры, JI.: ЛИКИ, 1980.

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

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

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

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

71. Карпишин Ф.И. Контраст изображения при безобтюраторной кинопроекции, Труды СПбГУКиТ, 2003. Вып. 16.

72. Барбанель Сим.Р., Барбанель Сол.Р. и др. Кинопроекционная . техника, под ред. Проворнова С.М., М.: Искусство, 1966.

73. Lecture/Demonstration: 30 Frames per second? At the National Film Theatre Sunday 31 August 2.00. Eyepiece, 1986, 7, №4 Press Release. NFT.

74. Mark Y.A. Statistical Comparison of 24 and 30 fps. Image Technology, 1987, 69, № 8, p/ 352-357.