Влияние параметров развертывающего элемента на качество изображения

Развертывающий элемент характеризуется сечением или апертурой и относительной прозрачностью апертуры.

Конечные размеры апертуры сказываются как на продольной (вдоль направления движения развертывающего элемента), так и на поперечной четкости воспроизводимого изображения.

Если бы развертывающий элемент обладал бесконечно малой апертурой, то сигнал изображения, соответствующий передаче черно-белой границы (рис. 2.6, а), имел бы форму ступенчатой кривой 1 (рис. 2.6, б). Однако апертура развертывающего элемента не может быть бесконечно малой, поскольку уровень сигнала пропорционален площади развертывающего элемента. Квадратная апертура со стороной б и равномерной прозрачностью (например, отверстие в диске Нипкова) при передаче черно-белой границы формирует сигнал изображения 2 с линейным нарастанием фронта на интервале τ_э равном времени развертки одного элемента изображения. Если бы изменение яркости в приемном устройстве соответствовало изменению сигнала изображения, то даже при бесконечно малой апертуре развертывающего элемента в приемнике резкая граница оказалась бы размытой на протяжении одного элемента разложения. При равенстве, апертур развертывающих элементов в передающем и приемном устройствах время нарастания яркости (кривая 3) составит 2τ_э а зона размытия займет два элемента разложения (рис. 2.6, в).

В современных телевизионных системах в качестве развертывающего элемента используется электронный луч, сечение которого (рис. 2.7, а) практически имеет круглую форму, а плотность тока в луче, характеризующая прозрачность апертуры, приближается к гауссовому нормальному закону распределения:

Где r_e — условный радиус апертуры, при котором плотность тока уменьшается в е раз по сравнению с плотностью тока f ₀ в центре пучка, p — относительная плотность тока. Произведем нормирование кривой, принимая за единицу измерения радиус ге. Обозначая

При перемещении электронного луча в направлении оси х относительно черно- белой границы АБ (рис. 2.7, а) в предположении, что ширина строки не ограничена, переходная характеристика, показывающая степень размытия границы АБ, определяется выражением

Переходная характеристика h(x) приведена на рис. 2.7, б. Наличие длинных хвостов в гауссовой кривой приводит к дополнительному увеличению зоны размытия и к понижению контраста изображения.

На рис. 2.8, а, б приведено изображение чередующихся черно-белых полос разной ширины и соответствующий ему график перепада яркостей. На рис. 2.8, в показана форма видеосигнала при квадратной апертуре развертывающего элемента со стороной б, а на рис. 2.8, г, д — график перепада яркостей и изображение на экране приемного устройства. Рисунок позволяет оценить степень искажений изображения, которые сводятся к тому, что широкие полосы передаются с размытыми границами, чередующиеся полосы шириной б — с размытыми границами и пониженным контрастом, а полосы шириной δ/2 раздельно не воспроизводятся.

Влияние апертуры на поперечную четкость

Отметим, что полоса пропускания канала связи не влияет на поперечную четкость, так как скорость поперечного разложения значительно (в z раз) меньше скорости продольного разложения. Если поперечный размер апертуры меньше межстрочного расстояния, то изображение воспроизводится с затемнениями между строками, создающими так называемый растровый фон. Если поперечный размер апертуры превышает межстрочные расстояния, происходит наложение строк и соответственно потеря четкости. Рассмотрим влияние развертывающего элемента с квадратной апертурой на воспроизведение границы черно-белого перехода. Поперечное разложение является дискретным, поэтому передача черно-белой границы будет различной в зависимости от положения центра развертывающего элемента относительно этой границы. Если черно-белая граница совпадает с границей двух соседних строк, то она передается без искажений. Если же она совпадает с центром апертуры развертывающего элемента, происходит размытие границы черно-белого изображения в пределах одной строки (рис. 2.9, а, б). Следовательно, изображение чередующихся полос шириной S при неблагоприятном расположении развертывающего элемента воспроизводиться не будет и поперечная четкость понизится (рис. 2.9, в).

Применение электронного луча с гауссовым распределением плотности тока по сечению в качестве развертывающего элемента неизбежно, приводит к перекрытию строк. Это снижает контраст изображения и ухудшает поперечную четкость в большей мере, чем при использовании апертуры с равномерной прозрачностью.