Не смотрите на меня по инерции...
#библия видеонаблюдения #владо дамьяновски #инерционность зрения
Всем, кто работает с системами видеонаблюдения (и со всем, что связано с захватом изображения) очень важно знать, как работает человеческое зрение, не только, чтобы понимать, как создавать приборы для захвата изображения или отображения, но и для того, чтобы пользоваться проявлениями его несовершенства. Чтобы "обмануть" зрительный аппарат человека, мы предоставляем ему последовательность стоп-кадров с фазами движения, выдавая её (эту самую последовательность) за реально движущиеся изображение. Это свойство зрительного восприятия и называется инерционностью зрения. Она является наиболее важной особенностью зрения, используемой в кинематографии и телевидении. Глаза не сразу реагируют на изменение интенсивности света. Задержка адаптации составляет несколько долей секунды, в течении которых мозг оценивает информацию о наблюдаемом объекте, а с возрастанием освещённости объекта время задержки увеличивается. Центральная область сетчатки обладает наибольшей инерцией, а проявления инерции зрения также зависят от спектральных характеристик источника света - цвета и яркости.
Как видите на графике инерция в очень большой степени зависит от интенсивности света либо яркости участка поверхности объекта, который мы рассматриваем. Чем больше яркость, тем выше должна быть частота кадров, необходимая для того, чтобы наш глаз не замечал мерцания изображения. Первые кинофильмы начала XX века, мультфильмы и даже флипбуки с рисованными персонажами из нашего детства - все эти представления используют инерцию зрения.
Когда перед вами воспроизводится отдельные изображения, связанные в логическую последовательность, со скоростью, не позволяющей зрению выйти из инерционного состояния, мы видим непрерывно меняющееся изображение - несмотря на то, что оно состоит из отдельных неподвижных картинок-кадров. Обычная кинокамера снимает изображение со скоростью 24 кадра в секунду и обычно этого достаточно для того, чтобы протягивать киноплёнку с помощью маломощного проектора, с возрастающей популярностью кино и необходимостью демонстрировать большему количеству людей потребовались более надёжные проекторы, а также более яркие экраны, а при этом стало очевидно, что 24 кадра в секунду - недостаточно для удержания зрения в инерционном состоянии. С точки зрения фотографов и кинооператоров эту проблему нецелесообразно было решать с помощью увеличения частоты кадров, поскольку пришлось бы уменьшать время экспозиции каждого кадра, но тогда для съёмки потребуется намного более чувствительная аппаратура, что увеличит зернистость, а вариант с более широким раскрытием диафрагмы также не приемлем, потому что снижает качество кадров при слабой освещённости и снижает глубину резкости. В кино индустрии обошлись "мальтийским" механизмом, который съёмке в 24 кадра в секунду "добавляет вспышки" между кадрами с частотой 1/24с тем самым увеличивая общее количество до 48. Благодаря этому зрительный аппарат человека воспринимает последовательность кадров как целостную.
В телевидении используются те же принципы для устранения мельканий, чтобы вызвать иллюзию непрерывного движения, развёртка изображения производится в два поля - за счет чересстрочного сканирования. Принципиальная разница кино и ТВ состоит в том, что объединение отдельных кадров в последовательность в телевидении производится не с помощью проектора, а путём электронной развёртки изображения на экране. В телевидении неподвижные картинки создаются при помощи сканирования строка за строкой - примерно таким же образом, как мы читаем книгу: слева направо и сверху вниз (ну, если мы не в Японии или Китае или Израиле😆). Важно - телевизионная картинка также представляет собой последовательность статических изображений, которые передают движение при достаточно быстром их чередовании во времени. Какое сканирование используется при этом - чересстрочное или прогрессивное - на данной стадии вопроса неважно. Современные телевизионные технологии находятся на столь высоком уровне, что продолжают «обманывать» человеческое зрение даже в большей степени, чем это стало чем-то привычным.
Сегодня в мире существуют три основные телевизионные системы, различающиеся по частоте кадров, количеству строк в изображении и способу кодирования цвета в видеосигнале. Однако схема, по которой в этих системах воспроизводится движение, практически идентична:
- Система PAL: 625 строк/50 чересстрочных полей в секунду
- Система NTSC: 525 строк/60 чересстрочных полей в секунду
Несмотря на различие в количестве строк и кадровой скорости, общий принцип этих систем одинаков и состоит в том, что кадр состоит из двух полей, каждое из которых состоит из сканируемых строк. При этом частота смены кадров такова, чтобы создать у зрителя иллюзию непрерывно движущегося изображения, а частота полей удвоена для того, чтобы устранить эффект мельканий - точно так же, как это происходит в кинематографе.
Историческая справка.
Разработанный Национальным комитетом США по телевизионным системам стандарт NTSC (National Television Systems Commitee) предусматривает 525-строчное изображение при скорости трансляции 30 кадров в секунду; система эта применяется в США, Канаде, Грен ландии, Мексике, на Кубе, в Панаме, Японии, на Филиппинах, в Пуэрто-Рико и большинстве южноамериканских стран. Впервые стандарт NTSC был применён в чёрно-белом (монохром ном) телевидении в 1941 году. Первая цветная система телевещания на базе этого стандарта была внедрена в США в 1953 году. В более чем половине стран мира используются две родственные системы телевещания, имеющие 625 строк и скорость трансляции 25 кадров в секунду PAL (Phase Alternating Line, «строки с чередующимися фазами») и SECAM (Sequential Couleur Avec Memoire, «последовательное отображение цветов с памятью»). Стандарт PAL впервые появился в начале 1960 х и нашёл своё применение в большинстве евро пейских стран, Австралии, Новой Зеландии, Китае, Индии и многих странах Африки и Ближ него Востока. Телевизионный сигнал стандарта PAL занимает более широкую полосу пропускания, чем сигнал стандарта NTSC, что позволяет обеспечить более высокое качество изображения. Кроме этого, усовершенствованный алгоритм кодирования цвета в системе PAL, разработанной после появления стандарта NTSC, позволяет обеспечить более адекватную цветопередачу и большую устойчивость к шумам. Стандарт SECAM появился практически одно временно со стандартом PAL и был принят вначале во Франции, а затем в СССР и ряде стран Европы, находившихся в непосредственном окружении Советского Союза. Полоса пропускания, занимаемая сигналом SECAM, аналогичны стандарту PAL, однако передача цветовой информации здесь происходит последовательно. Дополнительные сто строк, присутствующие в системах SECAM и PAL, позволяют улучшить четкость и детализацию видеоизображений, однако частота смены полей (50 в секунду), более низкая, чем в системе NTSC, в ряде случаев вызывает заметное мерцание изображения. Любопытно, что Россия использует для вещательного ТВ систему SECAM, а для видеонаблюдения PAL.
С появлением новых стандартов цифрового телевидения высокой четкости (ТВЧ, или HD High Definition) стало возможным применение как чересстрочной, так и прогрессивной развёртки видеосигнала. Как правило, тип развёртки указы вается строчными буквами «i» или «р» в обозначении стандарта. К примеру, «1080i» означает сигнал высокой чёткости с разрешением 1920 х 1080 пикселов и чересстрочной развёрткой. С появлением телевидения высокой чёткости разница в стандартах между странами стала сходить на нет, и во всём мире был принят единый размер экрана - 1920 x 1080.
