Постоянная составляющая сигнала изображения

Свет по своей природе униполярен, так как яркость не может быть величиной отрицательной. Следовательно, и сигнал изображе­ния также униполярен и поэтому имеет среднюю (постоянную) со­ставляющую.

Среднее значение сигнала за строку пропорционально средней яркости этой строки. Среднее значение сигнала за полный кадр пропорционально средней яркости всего изображения.

Рис. 4.5. Зависимость средней составляющей от характера изображения для сигналов: а — негативного; б — позитивного

Средняя составляющая зависит, во-первых, от характера объек­та (соотношения площадей его ярких и темных элементов) и, во-вторых, от освещенности объекта. На рис. 4.5 показано образова­ние средней составляющей для двух изображений, А и Б при негативном и позитивном сигналах.

В изображении А преобладают темные участки, так как это уз­кая светлая полоска на темном фоне. В изображении Б, нао­борот, преобладают светлые участки.

Из рисунка видно, что при негативной полярности сигнала для изображения А средняя составляющая значительно больше, чем для изображения Б. При позитивной полярности сигнала, наоборот, средняя составляющая изображения Б больше, чем для изображе­ния А. Если объект подсветить, то черные элементы станут се­рыми и средняя составляющая негативного сигнала уменьшится, а позитивного — увеличится. Если освещение объекта ослабить, то средняя составляющая негативного сигнала возрастет, а позитив­ного — уменьшится.

При передаче изображения неподвижного объекта и неизмен­ной освещенности средняя составляющая будет постоянной. Обычно во время телевизионной передачи освещенность и содержание изо­бражения (т. е. соотношение между светлыми и темными элемен­тами) меняются. Однако эти процессы происходят постепенно. По­этому частота изменений средней составляющей получается очень низкой и колеблется в пределах от 0 до 2...3 Гц, что дает право по сравнению даже с самой низкой частотой сигнала изображе­ния (50 Гц) во всех случаях считать среднюю составляющую по­стоянной составляющей сигнала.

В усилительных ступенях, имеющих разделительные конденсато­ры, постоянная составляющая неизбежно теряется. При этом лю­бая сцена, независимо от ее содержания и освещенности, вос­производится на экране кинескопа с одинаковой средней яркостью, а хорошо освещенные кадры не отличаются от затемненных. В цвет­ном телевидении потеря постоянной составляющей приводит к ис­кажению насыщенности цветов изображения по всему полю экрана:

недостаток средней яркости воспринимается как сгущение красок, а ее избыток, наоборот, как обеднение. Для устранения искаже­ний, возникающих вследствие потери постоянной составляющей, в телевизионных устройствах принимаются меры по ее сохранению или восстановлению.

4.7. Качество телевизионного изображения

Качество изображения, воспроизводимого на экране кинескопа, определяется степенью соответствия его изображению передаваемо­го объекта и, в первую очередь, зависит от особенностей форми­рования сигнала изображения и вносимых в него искажений.

На рис. 4.6, а, б показаны изображение, состоящее из чередую­щихся разнояркостных деталей различной ширины, и форма не­гативного сигнала одной строки развертки. Пока электронный луч ЭЛ перемещается по достаточно широкой светлой детали А, об­разуется сигнал изображения, соответствующий уровню белого. Ко­гда луч достигает левой границы темной детали Б и проходит ее, сигнал постепенно нарастает от уровня белого до уровня черного, а затем, при прохождении правой границы этой детали, посте­пенно спадает снова до уровня белого.

Аналогично формируются сигналы и при развертке других де­талей изображения (В, Г, Д и т.д.). Однако по мере уменьше­ния их размеров уменьшаются амплитуда и период следования соответствующих импульсов. Так, импульсы, соответствующие круп­ным деталям изображения (А, Б, В), ширина которых больше диаметра электронного луча на поверхности фотомишени, достигают полного размаха (от уровня белого до уровня черного) и имеют большой период следования, т. е. являются низкочастотными. Им­пульсы, соответствующие мелким, соизмеримым с диаметром луча деталям (Г, Д, Е, Ж, 3, И), образуют высокочастотные состав­ляющие сигнала изображения. Амплитуда этих импульсов убывает по мере уменьшения размеров деталей, принимая практически нулевые значения для деталей, ширина которых меньше половины диаметра луча (К, Л, М). Это значит, что сигнал изображения на участке строки от И до Н приобретает почти постоянное значение, соответствующее средней яркости данного участка, а детали К, Л, М раздельно не передаются и не будут воспроизведены.

Таким образом, вследствие конечных размеров диаметра луча ог­раничивается разрешающая способность телевизионной системы, т. е. ее способность передавать и воспроизводить относительно мелкие детали изображения. По той же причине форма импульсного сигнала получается отличной от прямоугольной, и границы между де­талями изображения различной яркости на экране кинескопа ока­зываются размытыми. Однако при оптимальной фокусировке и боль­шой скорости движения электронного луча, а также неискажен­ной передаче сигнала изображения указанные дефекты практичес­ки незаметны.

Если же форма сигнала изображения, поступающего на моду­лятор кинескопа, искажена, то качество изображения заметно ухуд­шается. Так, ослабление («завал») низкочастотных (или среднечастотных) составляющих (рис. 4.6, б, штриховая кривая 1) приводит к появлению убывающего по яркости серого тянущегося про­должения («тянучки») справа от границы крупной темной детали Б (рис. 4.6, в). Ослабление высокочастотных импульсов (штриховая кривая 3) вызывает уменьшение четкости изображения, так как яр­кость мелких деталей Е, Ж, 3 при этом усредняется (рис. 4.6,г). Если, наоборот, имеет место чрезмерное усиление высокочастотных составляющих сигнала (штриховая кривая 2), то наблюдается де­фект, называемый «пластикой», т. е. справа от границы раздела между темной и светлой деталями Г и Д появляется более свет­лая (белее белого) окантовка (рис. 4.6, д).

Рис. 4.6. Зависимость качества изображения от формы сигнала изображения:

а — передаваемое изображение; б — форма негативного сигнала одной строки раз­вертки; в — искажения изображения при завале низкочастотных или среднечастотных составляющих сигнала («тянучка»); г—искажения изображения при ослаб­лении высокочастотных импульсов (потеря четкости изображения): д—искажения изображения при чрезмерном усилении высокочастотных составляющих сигнала («пластика»)

Для устранения рассмотренных недостатков в телевизионных усилительных устройствах широко применяются схемы низкочастотной и высокочастотной коррекции амплитудно-частотных характеристик.