Зрительное восприятие и некоторые технические особенности

В чёрно-белом телевизионном изображении исходная информация представлена на мониторе двухмерной функцией яркости В(х,у), и при высоком качестве изображения это обеспечивает успешное выполнение задач, решаемых ТВ системами наблюдения и охраны. Цветное изображение представлено многомерной функцией и, в первом приближении, обеспечивает оператора большим количеством информации, чем чёрно-белое изображение, но всегда ли информация о цвете способствует решению задач управления, обнаружения, опознавания и идентификации типичных для ТВ систем наблюдения и охраны?

Известно, что исходные RGB-видеосигналы в телевидении перед передачей преобразуют (кодируют) в сигнал яркости Y и два цветоразностных сигнала U = R-Y и V=B-Y, при этом сигналы цветности передаются с гораздо меньшим разрешением, чем яркостной сигнал. Такое возможно благодаря тому, что зрительный аппарат человека менее чувствителен к высоким пространственно-частотным изменениям оттенков цвета, чем к изменениям яркости. Яркостной сигнал по всем компонентам совпадаете видеосигналом, формируемым в чёрно-белых ТВ системах и посему чёрно-белые мониторы (телевизоры) воспринимают только его. Что касается сигналов цветности, то они добавляются к яркостному сигналу путём модуляции специального гармонического сигнала (цветовой поднесущей) на частоте, лежащей в пределах спектра сигнала яркости. В результате полосы яркостного сигнала и полного цветного сигнала совпадают.

Частота поднесущей должна соответствовать нечётной гармонике полустрочной частоты. Такой выбор частоты поднесущей обеспечивает частотное перемножение линейчатых спектров сигналов яркости и цветности и компенсацию помехи от поднесущей благодаря интегрирующему действию глаза наблюдателя. Эффективное разделение спектров этих сигналов возможно только с помощью специальных гребенчатых фильтров, повсеместное применение которых весьма проблематично ввиду их сложности и дороговизны. Такие фильтры используются пока только в профессиональной аппаратуре высокого разрешения. В обычных ЦТВ системах при формировании полного (композитного) видеосигнала идут на упрощение спектра, а именно, в области цветовой поднесущей просто или адаптивно делают режекцию спектральных составляющих яркостного сигнала, намеренно облегчая последующее выделение сигнала цветности обычным полосовым фильтром, тем самым значительно ухудшая чёткость воспроизводимого цветного изображения. Таким образом, в ТВ системе PAL, имеющей поднесущую 4,43 Мгц, в яркостном сигнале намеренно убраны спектральные составляющие в полосе частот (3,6 — 5,2) Мгц, которые (в пересчёте по известной формуле Мтвл = 80 F Мгц) обеспечивают разрешение от 230 до 420 телевизионных линий. Отсюда следует, что разрешающая способность ЦТВ каналов по композитному сигналу уступает ТВ каналам высокого разрешения чёрно-белого телевидения. Переход на раздельную передачу сигналов яркости и цветности Y/C в настоящее время проблематичен, так как существующее коммутационное оборудование пока таких возможностей не представляет, хотя организация локальных цепей «камера — видеомагнитофон — монитор» уже сейчас вполне осуществима.

И всё же, как показывает практика, цветное изображение, воспроизводимое даже от композитного видеосигнала, при выполнении операций обнаружения, опознавания и идентификации более предпочтительно, чем чёрно-белое. Исследовательский центр систем восприятия факультета психологии Бристольского университета в интересах министерства обороны США провёл исследования влияния цветовой информации на вероятность обнаружения объектов телевизионными средствами военного назначения на натурных (природных) и искусственных (результаты деятельности человека) сценах. Известно, что вероятность обнаружения существенно зависит от величины отношения сигнал/шум (С/Ш) в видеоканале, как оказалось, при высоком отношении С/Ш для яркостного сигнала чёрно-белая камера обеспечивает несколько более высокую вероятность обнаружения. Однако при ухудшении параметра С/Ш величины вероятностей выравниваются, а затем результаты по вероятности для цветного изображения существенно превосходят. Исследования показали, что в первом случае снижение вероятности связано с дополнительными шумами в канале цветности, во втором — повышение вероятности связано с облегченной адаптацией к цели на естественном фоне, представленном в цвете (трудно обнаружить серую кошку на сером фоне). Особенно это заметно на естественных сценах не слишком, как правило, богатых по природе цветовой гаммой (в общем-то по сути окружающий нас мир больше серый). Однако на искусственных объектах (городские условия, парковые массивы с элементами рекламы, скамейками, цветниками и пр.), телевизионное изображение от которых насыщено окрашенными крупноразмерными деталями, вероятность обнаружения (по причине облегченной адаптации) оказывается выше даже при снижении разрешения в яркостном канале.

Отсюда следует, что цвет в телевизионных системах наблюдения и охраны, работающих, как правило, на искусственных объектах, позволяет существенно повысить надежность выполнения задач, решаемых с помощью таких технических средств. Ещё более широкие возможности могут открыться при появлении на рынке аппаратных средств распределения и коммутации видеосигналов по линиям Y/C. Следующим шагом к повышению качества является переход к компонентному сигналу YUV, который в настоящее время широко используется в профессиональной аппаратуре класса Betacam и связан с поддержкой разрешения до 500 линий. Переход на RGB представление, где отсутствуют какое-либо кодирование и модуляция и обеспечивается наиболее простая и точная передача сигнала, по-видимому, целесообразен только в CCTV специального назначения. В ТВ системах наблюдения и охраны это вряд ли оправдано, так как в силу вышеуказанных особенностей зрительного восприятия человека достигаемое здесь повышение качества изображения уже становится визуально несущественным.

Все о вашей безопасности №1