Метрологическое обеспечение измерений в оптико-электронных приборах и системах (стр. 6 )

Рисунок 5.1 – Снижение контраста изображения

Хорошо видно, что чем уже вертикальные полосы, тем меньше их контраст на экране монитора. Причина снижения контраста связана с ограниченными возможностями объектива и камеры по отображению элементов сцены минимальных размеров.

Исходя из этого примера, можно сделать следующие заключения:

- первый признак недостаточной разрешающей способности камеры это снижение контраста мелких элементов изображения и их цветопередачи;

- чем меньше элемент сцены, который оператор должен идентифицировать по изображению на экране монитора, тем больше должна быть разрешающая способность камеры.

Контраст изображения характеризует нормированное отношение яркостей самой темной и самой светлой детали изображения. Контраст вычисляют, используя выражение:

К = (Umax - Umin)/Umax,

а модуляцию:

М = (Umax - Umm)/(Umax + Umin),

где: Umax, Umin - максимальная и минимальная яркость.

При использовании штриховых мир процесс измерения разрешающей способности камеры очень прост - сколько штрихов получится различить наблюдателю, такое и разрешение. Эта методика выглядит просто и логично, но на практике выявляется главный недостаток такого способа измерения разрешающей способности - сложность самого понятия «различимы» или «не различимы». Поэтому результаты измерения в таком понимании могут иметь субъективный характер, сильно зависящий от настроения наблюдателя, его объективности и остроты зрения.

Но есть еще один очень серьезный недостаток штриховых мир. Он заключается в том, что в процессе измерений на штрихах появляется муар, который скрывает штрихи и не дает возможность оценить значение разрешающей способности. Более того, нет возможности соотнести полученную разрешающую способность с контрастом изображения. В CCTV для определения разрешающей способности видеокамер снижение контраста принято ограничить 10% модуляцией. В оптике это значение составляет 5%. При использовании штриховых мир различимость штрихов оценивается зрительным аппаратом человека, возможности которого находятся в диапазоне 2%-3%, что значительно ниже принятых норм.

Но эти недостатки связаны только с теми характеристиками, которые позволяет получить тест-таблица.

В настоящее время на смену методу измерений разрешающей способности по вертикальным штрихам, или в дополнении к ним, пришел другой метод, получивший название измерения по наклонной кромке (рис. 5.2). В его основе заложен совершенно иной подход, основанный на анализе переходной характеристики изображения максимального контраста.

В результате пользователь получает зависимость, которая называется функцией передачи модуляции (ФПМ),  построение которой может быть автоматизировано за счет использования специализированных программных продуктов (например Imatest). Эта характеристика является полным аналогом амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), которая широко используется в технике связи, звуковоспроизведении и в акустических системах. Отличие состоит в том, что АЧХ - это зависимость амплитуды сигнала от частоты, а ФПМ - это зависимость контраста видеосигнала от пространственной частоты (разрешающей способности).

Рисунок 5.2 - Наклонная кромка

Идеальная ФПМ должна во всем диапазоне разрешений иметь максимальный контраст близкий к единице, т. е. не искажать контраст исходного объекта. Но в реальной действительности такого не происходит.

На рис. 5.3 представлена ФПМ  2 Мп IP видеокамеры с установленным объективом. Ось ординат на графике - это значение модуляции. Ось абсцисс - разрешающая способность, выраженная в телевизионных линиях.

Рисунок 5.3 - Функция передачи модуляции 2 Мп  IP-камеры

6 Сценарий проведения тренинга обучаемых

6.1 Описание ситуации. При выполнении магистерской диссертации возникает потребность в проведение аналитических и экспериментальных работ и исследований для диагностики и оценки состояния систем радиотехники, электроники и телекоммуникаций с использованием необходимых методов и средств контроля и анализа работы радиоэлектронного оборудования. В профессиональном стандарте «Инженер-радиоэлектронщик» эти трудовые функции принадлежит 8-ому уровню квалификации и имеют коды С/01.8 - С/04.8 [64].

В соответствии с техническим заданием на магистерскую диссертацию студентом было принято решение о проведении  анализа отечественных и зарубежных достижений науки и техники в области метрологического обеспечения измерений в оптико-электронных приборах и системах.

Научным руководителем  было обращено внимание  студента на  существование информационной системы «Единое окно доступа к образовательным ресурсам» Федерального государственного автономного учреждения Государственный научно-исследовательский институт информационных технологий и телекоммуникаций (ФГАУ ГНИИ ИТТ «Информика», www. informika. ru ), которая предоставляет свободный доступ к каталогу образовательных  интернет-ресурсов  и  полнотекстовой электронной учебно-методической библиотеке для общего и профессионального образования.

Для анализа информационных источников по теме магистерской диссертации студент решил проанализировать раздел каталога «Образование в области техники и технологий» (ресурс «Метрология. Стандартизация. Сертификация», подраздел «Методы и средства измерений»). В результате было обнаружено учебное пособие «Точность измерительных оптико-электронных приборов и систем» [54].

Консультантом по теме магистерской диссертации было обращено внимание  студента на  необходимость проанализировать стандарты Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСОЕИ). В результате были обнаружены стандарты, имеющие отношение к метрологическому обеспечению измерений в оптико-электронных приборах и системах  [2,3,4,5,6,9,10,15,16,17,19].

В результате взаимодействия со специалистами удалось познакомиться с материалами, опубликованными в журнале «Вопросы радиоэлектроники. Серия Техника телевидения» [60,61,62]. 

6.2 Описание лабораторной установки для испытаний оптико-электронных приборов и систем

Методы испытаний цифровых телекамер и видеокамер приведены в разделе 9.4 стандарта ГОСТ Р 52722-2007 «Каналы передачи цифровых телевизионных сигналов аппаратно-студийного комплекса и передвижной телевизионной станции цифрового вещательного телевидения. Основные параметры и методы измерений» [41].

В соответствии с ГОСТ Р 52722-2007 перечень испытываемых параметров цифровых телекамер и видеокамер определен следующим образом:

- разрешающая способность в канале яркости по горизонтали;

- разрешающая способность в канале цветности PR по горизонтали и вертикали;

- разрешающая способность в канале цветности РВ по горизонтали и вертикали;

- индекс цветопередачи, определяющий качество цветопередачи.

Испытания цифровых телекамер и видеокамер проводят с использованием телевизионных испытательных таблиц, как показано на рис.6.1, в специальном затемненном помещении с использованием монитора, имеющего разрешающую способность не менее 700 ТВЛ. Уровень освещенности испытательных таблиц регулируется и оценивается люксметром.

Рисунок 6.1 - Лабораторная установка для испытаний оптико-электронных приборов и систем

Оценку разрешающей способности в канале яркости проводят с использованием телевизионной испытательной таблицы ИТ-01-03 (см. приложение Д), соответствующей требованиям ГОСТ 14872 «Таблицы испытательные оптические телевизионные. Типы, размеры и технические требования».

Оценку разрешающей способности в канале цветности PR камер проводят по испытательным телевизионным таблицам ИТ-05а-03, ИТ-05b-03, а в канале цветности РВ проводят по испытательным телевизионным таблицам ИТ-06а-03, ИТ-06b-03 [41].

Разрешающую способность в каналах цветности телекамер и видеокамер  оценивают по круговым мирам, содержащимся в указанных выше испытательных таблицах. Более точно разрешающую способность в канале яркости и в каналах цветности оценивают с помощью телевизионного осциллографа с выделением строки путем определения коэффициента модуляции телевизионного сигнала от соответствующей группы штрихов. Разрешающую способность определяют по глубине модуляции 5 %.

Субъективную оценку качества телевизионного изображения проводит с помощью монитора группа наблюдателей - специалистов в области телевизионной техники числом от двух до четырех человек. Условия наблюдения, как показано на рис. 6.2, должны соответствовать требованиям ГОСТ 26320-84 «Оборудование телевизионное студийное и внестудийное. Методы субъективной оценки качества цветных телевизионных изображений».

Рисунок 6.2  - Условия наблюдения для субъективной оценки качества телевизионного изображения

6.3 Цель и порядок выполнения работы

Цель работы:

- изучить принцип действия люксметра;

- изучить устройство и работу люксметра Ю-116;

- определить основные параметры и характеристики освещенности лаборатории с использованием люксметра Ю-116.

Общее задание для всех студентов:

1. Ознакомиться с устройством и правилами пользования люксметра Ю-116.

2. Составить схему лаборатории и наметить точки замера освещенности. Точки желательно расположить по всей площади помещения на расстоянии 1м от стены. Точки пронумеровать.

3. Провести измерения освещенности в каждой точке на уровне рабочей поверхности, используя приборы. Измерение освещенности производится в горизонтальной плоскости внутри и снаружи помещения. Измерение освещенности внутри помещения производится в точке, расположенной на расстоянии 1м от стены, противоположной стене с окнами на уровне письменного стола.

Для подготовки люксметра к работе следует установить его измерительную часть на поверхности рабочего места в горизонтальном положении и проверить находится ли стрелка прибора на нулевой отметки шкалы. Затем с помощью шнура соединить фотоэлемент с измерительной частью и установить на него светофильтр Т с рассеивателем К.