Телекоммуникация технологиялари факультети

Назарий қисм
ТВ тўлиқ КТ нинг ночизиқ бузилиши фотоэлектрон ва электрон-оптик ўзгартиргичларда модуляцияли ва ёруғлик характеристикаларининг ночизиқлиги, шунингдек, каналларнинг электр сигналлари орқали юзага келади.
Тасвирнинг ночизиқ бузилган сигнали репродукция деталлари контрастида ва намойиш этилаётган градациялар (очранг) сонида ўзгаришларни келтириб чиқаради.
Тасвирнинг контрасти ва намойиш этилаётган градациялар сони ёрқинликни фарқлаш шкаласи, яъни градацион бўлак орқали баҳоланади. L₀, яъни объектларнинг ёритилганлигини ўзгариш диапазони ёки намойиш этилаётган тасвирлар ёрқинлиги K_max=L_min/ L_min нинг максимал контрастида характерланади. L_min ёруғлик доғининг минимал ёрқинлик қиймати қора фонда кўзга ташланади ҳамда у ёруғлик таъсирчанлигининг абсолют бошланиши деб юритилади. Ёрқинликни фарқлашнинг бундай шкалалари кўпчилик ҳолларда катта оқ-қора тўғрибурчакларнинг 10 та таққослагичидан ташкил топган бўлади, бунда биринчи ва оҳиргиси ёрқинликнинг минимал ва максимал даражасига тўғри келади, оралиқдаги тўғрибурчаклар ёрқинлиги эса ёрқинликнинг келтирилган диапазонида визуал чизиқли тарзда ўзгаради. Шкалалар доимгидек жадвалнинг марказий қисмида горизонтал ҳолатда жойлашади.
Шкаланинг биринчи ва охирги элементларида ёрқинликни ўлчаш тасвирнинг контраст катталигини баҳолаш имконини беради, қўшни ёрқинликдан фарқ қиладиган тўғрибурчаклар сони эса тасвирнинг намойиш этилаётган градациялар сонини тахминан баҳолашга ёрдам беради.
Амалиётда L_Ф ёрқинлиги билан бир нечта фонларда алоҳида деталларни ажратишга тўғри келади. Бунда кўз ёрқинликнинг нисбий кўпайишига реакция билдиради: (L – LФ) / LФ = ΔL / LФ. ΔL= ΔL_min нинг (ΔL /LФ)_пор га муносабати бошланғич контраст деб юритилиб, у КТ нинг ёрқинлиги, детал ва КТ нинг бурчак ўлчамлари, ташқи ёруғликнинг бор/йўқлиги, кузатувчи адаптацияси, шунингдек, кузатишнинг ўлчам ва шароитларига боғлиқ бўлади.
Ишчи диапазонда фон ёрқинлигининг ўзгариши - L_Ф дастлабки яқинликда σ = (ΔL / Lф)пор = 0,02 - 0,05 = const бўлади.
Томошабин берилган контрастда ёрқинлик градацияси, яъни очранг – ёрқинлик ўзгариш даражасининг аниқ миқдорини қабул қилиши мумкин. L₁= L'_min + σ L'_min = (1 + σ) L'_min ёрқинликнинг биринчи фарқли даражаси. Ёрқинликнинг кейинги даражаси L2 биринчи даражадан қуйидаги катталикда ўсиб боради: σ L₁: L₂ = L₁ + σL₁ = (1 + σ)-2L_min ва х.к. Ва нихоят L'_max = (1 + σ)^m L'_min ёрқинликнинг сўнгги даражаси хисобланади.
Бу ерда даражалар сони m ёки градациялар сони А қуйидагича аниқланади:
(4.2)
Табиий объектлар ёрқинлиги 10⁵ ёки ундан кўпроқ марта ўзгариши мумкин. Кўриш тизими бир вақтнинг ўзида ёрқинлик ўзгаришининг барча диапазонини қабул қилишга қодир эмас, шунинг учун адаптация – турли ёрқинликка мослашишдан келиб чиқиб, тўрпардада ёритилиш диапазони тораяди. Кўз билан чегараланган максимал контрастни L_max / L_min = 100, а σ = 0,05 деб тахмин қиладиган бўлсак, у ҳолда кўзнинг фарқлаши А ≈ 90 ни ташкил қилади.
Одатда универсал ТИТ (ёрқинлик градацияси шкаласи) учун репродукция контрасти 50 тартибда ва очранг рақамлари 7-9 бўлиши керак. Шуни ҳам ҳисобга олиш лозимки, ТВ сигнал намойиш этиши мумкин бўлган градацияларнинг номинал сони тахминан 70-80 дан юқори бўлиб, градацион бўлакнинг ҳар бир алоҳида ёрқинлиги 8-10 бошланғич градацияларга эгалик қилади.
Тасвирни киритиш, босиш ёки унинг визуализацияси учун фойдаланиладиган кўпчилик қурилмаларнинг амплитудали характеристикаси даража қонуниятларига мувофиқ келади. Анъанага кўра тадрижий ўзгариш тенглигининг даража кўрсаткичи гамма деб аталиб, s = crγ тенглигида γ белгисидан фойдаланилган, бунда r ва s ишлов беришдан олдинги ва кейинги пиксел қиймати ҳисобланади. Бундай тадрижий характеристикани коррекция қилишда фойдалиниладиган жараён гамма-коррекция деб юритилади. Масалан, электрон-нурли трубка (ЭНТ) ли қурилма диапазонда 1,8 дан 2,5 гача бўлган даража кўрсаткичли босимга боғлиқ бўлган тадрижий ёрқинликка эга.
4.1- расмда келтирилган γ = 2,5 эгрилигига диққатни қарата туриб, шу нарсани кўриш мумкинки, акс эттиришнинг бу каби тизими тасвирларни аслидан кўра тўқроқ намойиш қилиш тенденциясига эга. Гамма-коррекцияни қўллаш зарурати яққол кўриниб турибди. Компенсация учун барча зарурий нарсалар – бу кўриниб турган тасвирни мониторга узатишдан олдин s = r^1/25 = г⁰⁴ ўзгартиргич ёрдамида олдиндан ишлов бериш лозим. Мониторда тасвирни бундай гамма-коррекция орқали намойиш қилиш уни дастлабки ҳолатга яқин бўлишини таъминлайди. ТВ тасвирнинг ёрқинлик ўлчамлари: ўртача ёрқинлик - L_из(ад), максимал ёрқинлик - Lиз max, максимал контраст - Kиз max = Lиз max / Lиз min ҳамда ёрқинликнинг фарқланувчи градациялари – очранглар сони А_из. Энг яхши идрокка мувофиқ келадиган ўртача ёрқинлик кузатув шартлари, кўриш хусусиятлари ҳамда тасвир сифатига боғлиқ. Амалиётда шу нарса маълум бўлдики, ўртача ёрқинлик - Lиз max ≈ 30 кд/м² расмни кузатиш ва унинг деталларини зўриқишсиз томоша қилиш учун буткул етарли ҳисобланади. Бунда тасвирдаги оқ деталларнинг максимал ёрқинлиги Lиз_max = 200-300 кд/м² га етади.



4.1- расм. γ (с = 1 хамма холатлар учун)нинг турли қийматлари учун s = cr^Y тенглама графиги

Бир саҳнанинг айнан бир хилдаги ўртача ёрқинлиги КТ нинг қайси қисмида намойиш этилаётганига қараб турли хилда бўлади: қуёшли туш вақти ва қоронғуда. Лекин кўпчилик ҳолларда ҳар бир тасвирда Lиз max и Lиз min → 0 га яқин бўлган ёрқинлик деталлари, мониторнинг чегараланган ўлчамлари ва тасвирни кузатиш шартлари бўлгани маъқул.

ТВ тасвирни намойиш қилишда контраст - Kиз max, ёрқинлик ўзгаришининг динамик диапазони, намойиш этилаётган градациялар сони – А_из қуйидагилар билан чегараланади:

• 
  Монитор ўлчамлари (экран ўлчами, Lизmax ёрқинлиги, йирик ва майда деталлардаги максимал контраст ва б.);
  
• 
  Бошқарувнинг оператив қисмлари ёрдамида ўрнатилган мониторнинг ёрқинлик ва контрастини танлашнинг рационал иш режими;
  
• 
  Тасвирни кузатиш шартлари – томоша қилиш масофаси, экран КТ нинг ташқи ва ички ёруғликлари, бутун расм ва унинг деталлари ўлчами.
  

Агар тасвирни компьютер экранида аниқроқ намойиш қилиш керак бўлса гамма-коррекция зарур бўлади. Корректорланмаган тасвир оқроқ тўғрироғи, тўқроқ рангда кўринади. Тасвирни тўғри етказиб бериш, шунингдек, гамма-коррекция ҳақида маълум билимга эга бўлишни талаб қилади, чунки бу қайта ишлов нафақат ёрқинликни балки, қизил, яшил ва кўк ранглар ўртасидаги мувофиқликни ўзгартиришга ёрдам беради.
Кузатиш шартларининг ёмонлашуви, яъни бошланғич контрастнинг катталиги ҳисобига объектларни англашни қийинлаштиради. Lпар паразит ёрқинликлар тасвирнинг максимал контрастини Киз max шундоқ ҳам экра н КТ нинг кичик ўлчами ва ундаги кичик ўрта ёрқинлик ҳисобига камайиб кетган контрастини пасайтиради.
(4.3)
Кўрсатиб ўтилган сабаблар монитор экранида акс этаётган ҳақиқий градациялар сони А₀ нинг қисқаришига олиб келади, яъни А_из < А₀. Шунинг учун ТВ тизимида тасвир сифатини ошириш монитор ўлчамларини яхшилаш ҳамда ёрқинлик репродукцияси Lиз min – Lиз max ўзгарувчи динамик диапазон бўйича градацияларни қайта тақсимлаш ҳисобига яхшилаш мумкин, бундан ташқари ТВ тўлиқ КТ ни турли ёрқинлик ўлчамларига эга кенг тасвирлар йиғиндисидан олинган аниқ бир тасвирга мослаш орқали яхшиланади. ТВ тизим адаптацияси узатилаётган тасвирни махсус ёритилиши, ТВ камералар оптик тизимини қўлда ёки автоматик ўзгартириш ўлчамлари, ПЗС матрицасидаги ёруғлик тўлиқ КТ ни қайта ишловчи иш режими, қора ранг ва контраст даражасини бошқариш ёрдамида амалга оширилади.
Ёруғлик-сигнал ва сигнал-ёруғликни қайта ишлашнинг ночизиқлилиги ТВ тизимнинг алоҳида сигналларида репродукция ёрқинлик ўзгаришини динамик диапазони бўйича намойиш этилаётган градациялар сонини қайта тақсимлашга олиб келади. Диапазон КТ нинг сюжетли муҳим қисмларида намойиш этилаётган очранглар сонини кўпайтириш учун гамма-корректор қўлланилади, бу ёрқинлик тизими даражасида кўрсатув шаклининг ўзгариши ҳисобига амалга ошади. Корректор ТВ тизим ёрқинлик даражасида кўрсатувларнинг ўтказувчи характеристикасини шакллантиради, шунда улар γ_СКВ = 1,2–1,3 га тенг бўлган даража кўрсаткичли параболик функцияга мувофиқ келади.
Намойиш этилаётган тасвир ва объект ўртасидаги ўхшашликни таъминлаш учун объект ва тасвирнинг мувофиқ келувчи ёрқинликлари ўртасида тўғри пропорционаллик бўлиши лозим. Тасвирнинг очранг бузилишини коррекция қилиш учун, яъни ночизиқ амплитудали характеристиканинг маълум шаклини қўлга киритиш учун телевизион трактга амплитуда характеристикасига эга бўлган ночизиқ корректор киритилади ва қуйидагича ифодаланади:
(4.4)
Бунда γк – даража кўрсаткичи, у корректор амплитудали характеристиканинг ночизиқлик шаклини аниқлайди. Бу ҳолатда телевизион трактнинг “ёруғликдан ёруғликкача” ночизиқлик коэффициенти қуйидагича аниқланади:
γ = γ₁ · γ₂ · γ₃ · γ_К (4.5)
Кўриниб турибдики, бутун телевизион трактнинг чизиқли амплитудали характеристикасини қўлга киритиш учун ночизиқлик коэффициентига эга корректор зарур бўлади:
= (4.6)
γ_К оптимал қийматни танлаш кинескопнинг модуляцион характеристикаси ночизиқликнинг етарлича юқори коэффициентига эга, ўз навбатида трубкадан узатилаётган ёруғлик характеристикасининг ночизиқлилиги бундан ташқари тасвир мазмунига ҳам боғлиқ.
γ = 1 да тасвир деталларининг ёрқинлиги уларга мувофиқ келадиган оригинал деталлар ёрқинлигига Lиз ≡ L0 ҳамда репродукция ёрқинлик ўзгаришининг барча диапазони бўйича очрангни пропорционал намойиш қилишга боғлиқ. Лекин бу холатда Аиз < А0 объектнинг бир нечта градацияси репродукциянинг битта градацияси каби намойиш қилинади. Бундан келиб чиқадики, объектларни англаш ёмонлашади.
γ<1 да қора ранг даражаси сохасида қиялик характеристикасини кўтариш хисобига фарқлар аниқлашади, кам ёритиладиган деталларни англаш яхшиланади, лекин очранг сонларининг камайиши ва деталлларни англашнинг ёмонлашиши хисобига ёрқинлик оқ ранг даража яқинида ётади.
γ>1 ёрқин деталларнинг ёрқинлик градацияларини англаш яхшиланади. Бу холат ТВ тасвир учун энг маъқул хисобланиб, объектлар ранглилиги бир қанча бузилишига қармасдан сюжетли мухим деталлар юқори ёритилган сохаларда жойлашади. Видеосъемкалар амалиётидан шу нарса маълумки, тасвир учун энг яхши сифат кўпчилик холларда γ_СКВ = 1,2 - 1,3 оралиғида кузатилади.

4.2- расм. Модуляторнинг электрон-оптик киришидаги ёруғлик интенсивлигини қутбланиш юзаси бурилиш бурчагига боғлиқлиги

Электрон телевидение пайдо бўлган вақтдан бошлаб, айлана бўлиб амалга ошадиган асосий элемент электрон нур бўлган, тасвир эса кинескоп экранида намойиш этилган. Кинескопда электрон нур оғишининг максимал бурчаги 110º бўлиб, тасвир ўлчамининг катталашуви уни намойиш қилувчи қурилма – телевизор ёки мониторнинг катталашувига олиб келган. Шунинг учун намойиш қилувчи қурилмага тасвирни кузатиш имконини берадиган ясси экран керак бўлди. Улар суюқ кристаллардаги ТВ панеллар ва плазмали ясси экранлардир.

Суюқ кристалли экранларнинг ишлаши ёруғлик оқимининг қутбланиши жараёнига асосланган. Маълумки, поляроидлар тасвир бўлинишини ёрқинлик боғламларини ўзаро перпендикуляр текисликларда қутбланиши орқали амалга оширади. Ёруғлик оқимининг қолган қисми учун поляроидлар шаффоф бўлмайди. Поляроидлар фақат шундай таркибли ёруғлик ҳамда поляризаторнинг оптик юзасига параллел бўлган юзада ётадиган электромагнитли индукция векторини ўтказади. Бундай эффект ёруғликнинг қутбланиши дейилади. Ёруғлик оқими йўлида жойлашган поляризаторларнинг кесишуви ёруғлик учун бутунлай шаффоф ҳисобланмайди. Суюқ кристалл хусусиятларини қутбланиш бурчакларини электростатик ёки электромагнит қутблар таъсирида ўзгартириш мумкинлиги кашф қилиниши ёруғликнинг электрон-оптик модулятори ҳамда қўшимча босим таъсирида ўзгарадиган шаффофликни яратиш имконини берди.
Ёруғлик модуляторининг асосий элементини икки кесишган поляризатор ва улар ўртасида жойлашган суюқ кристалли ячейкалар ташкил этиб, қутбланиш юзасининг бурилиш бурчагини бошқариш мумкин. Электрон-оптик модулятор шаффофлиги қутбланиш юзасининг бурилиш бурчагинини ўзгартириш орқали ўзгартирилади.
Суюқ кристалли ячейкалар модуляцион характеристикаси буткул ночизиқ бўлиб, улар намойиш этилаётган ёрқинлик градациялари сонини камайтиради. Шунинг учун видеосигнал суюқ кристалл ячейкасига узатилишдан олдин ячейкалар модуляцион характеристикаси шаклини корректорловчи ночизиқ ишланмадан ўтиши зарур. Суюқ кристалли экранлар кинескопликни олдида қатор қулайликларга эга, яъни экран КТ нинг юпқалиги, энергияни кам талаб қилиши, енгиллиги, нуқталарнинг юқори даражаси — 1024x768, ёрқинлик (200...250 кд/м²) ҳамда контрастликнинг 300:1 юқорилиги, геометрик бузилишларнинг йўқлиги, растрлар бузилиши ва уларнинг ёниб ўчишини йўқлиги. Бу экранлар компьютер мониторларида, чўнтак ва автомобил рангли телевизорларида, видеоизловчиларнинг маиший ва махсус видеокамераларида кенг қўлланилади.
Суюқ кристалли экранлар ўлчамининг катта эмаслиги ва кузатувнинг чегараланган бурчаги плазмали ясси экранлар ишлаб чиқишни рағбатлантирди. Плазмали панеллар иши панел экрани люминофорларини плазманинг электрон разрядида юзага келадиган ультрабинафша нурлар таъсирида ёритилишга асосланган.
Тасвирнинг алоҳида нуқтасини шакллантрувчи конструктив элемент – пиксель деб аталиб, RGB нинг асосий уч рангида нурланувчи учта субпикселларни ўз ичига олади. Ҳар бир субпиксель алоҳида видеокамераларга эга бўлиб, деворида асосий уч рангдан бири бўлган люминофорга эга сийрак газ билан тўлган. Пикселлар тўғрибурчакли тўр шаклидаги шаффоф разряд электродлар кесишган нуқталарда жойлашган.
Плазмали панелларнинг ривожланиш жараёни кутилмаган тезликка эга бўлди. Унинг гувоҳи сифатида экран ўлчами диагоналига 127 см бўлган плазмали телевизорлар ишлаб чиқарилишини олиш мумкин. Экран 1366x768 пикселдан иборат. Ёрқинлик 400...500 кд/м². Контраст 3000:1. Намойиш этиладиган ранглар сони 16 • 10⁶.
Плазмалиларнинг жиддий камчилиги талаб қилинаётган қувват ва массадан иборат.
Гамма-корректор схемасининг ишлаш принципи 4.3-расмда кўрсатилган. У ночизиқ элементларни шундай ҳисоб-китоб асосида қўллашга мўлжалланганки, натижада гамма-характеристикани керакли чегарада ўзгартириш мумкин. Телевизион трактнинг бузилган ночизиқ характеристикали узатилаётган тасвир сигнали гамма-корректор киришига тушади, ночизиқ характеристика шундай ҳисоб-китоб қилинганки, сигнал чиқиб кетишда керакли шаклга эга бўлади.



4.3- расм. Гамма-корректорнинг ишлаш принципи

Гамма-корректор схемалари турли принциларга кўра қурилади, лекин улардан энг кўп тарқалгани шундай гамма-корректорларки, бунда амплитудали характеристиканинг талаб қилинаётган шакли тасвир сигнали амплитуда-боғлиқли бўлувчи ёки босим қаршилигининг ночизиқ ўзгариши манфий қайтар алоқа амплитуда-боғлиқлик ўзгариши хисобига амалга ошади.

Гамма –корректор схемаларидаги ночизиқ элементлар сифатида одатда ночизиқ вольт-ампер характеристикага эга бўлган яримўтказгия диодлардан фойдаланилади. Диодлар ночизиқлигининг етарлича катта қийматини қўлга киритиш учун баъзан улар кетма-кет ёки параллел ёқилади.
Гамма-корректорнинг ишлаши учун тасвирнинг бир хил ёрқинлигига тўғри келадиган тасвир даражалари доим корректорнинг айнан бир хил ночизиқ майдонларида жойлашиши керак. Бунинг учун корректорнинг ночизиқ элементига тушган телевизион сигналда доимий таркиб тикланиб туриши керак, яъни тасвир сигналининг қора даражаси қайд қилиниши лозим.
Аниқ гамма-коррекция намойиш қилувчи қурилманинг хар бир R, G, B каналида индивидуал бошқарувчи гамма-корректорлар бўлишини талаб қилади.
ТВ тасвирнинг кузатувчи томонидан идрок қилинадиган ёрқинлик градациялари сони замонавий ТВ приемник ва мониторларда хам ёрқинлик 100-200 градациядан ошмайди, сабаби кўзнинг адаптацион хусусияти ва контраст таъсирчанлиги бундан орти0ига қодир эмас.
Шундай қилиб, ТВ тасвирда очранг бузилишларнинг юзага келишини асосий сабаблари: ТВ тасвирнинг хақиқий ва намойиш қилинаётган ёрқинлиги ўзгаришини динамик диапазон номувофиқлиги; хақиқий ва унинг тасвири ни кузатиш шартларининг номувофиқлиги; ТВ тизимда оқ-қора ва рангли тасвир учун ёрқинлик-сигнал ва сигнал-ёрқинлик қайта ишлашнинг ночизиқлиги.