Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение
Подождите немного. Документ загружается.
новой («зеленой») части спектра растет быстрее, чем его же коротковолновое («синее»)
паразитное поглощение.
Предположим теперь, что у некоего идеального cyanкрасителя оптическая плот
ность на пропускание за синим фильтром равна 0.3, за зеленым фильтром — 0.6, за
красным — 2.0, что эквивалентно соответственно 50%, 25% и 1% пропускательным
способностям по коротковолновой, средневолновой и длинноволновой частям види
мого спектра; следовательно, отношение коэффициента пропускания в коротковол
новой части спектра к таковому в средневолновой окажется равным 2:1 (см. рис. 30.2
вверху).
Если количество колоранта уменьшено так, что оптическая плотность за красным
фильтром становится равной 0.297, за синим и зеленым фильтрами соответственно
0.045 и 0.089, а соответствующие коэффициенты пропускания — 90%, 81% и 50.5%,
то отношение коэффициента пропускания по коротким волнам к таковому по средним
будет составлять всего лишь 90/81, то есть — 1.11.
Сказанное проявляет себя образованием некоего локуса на диаграмме цветно
стей: зеленоватый cyanколорант по мере роста концентрации становится синеватым
(рис. 30.2 внизу). Отметим, что аналогичные эффекты возникают и в отражающих
отпечатках.
721
ГЛАВА 30 КОДИРОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
ТАБЛИЦА 30.2 Расчет оптических плотностей на отражение красочного слоя, находящегося в
оптическом контакте с рассеивающей подложкой
D
T
1 0.1 0.01 0
T
0.1 0.794 0.977 1
Количество
проходов
2 (0.5)(0.1)
2
= 0.005 (0.5)(0.794)
2
= 0.315
(0.5)(0.977)
2
= 0.477
0.500
4 (0.5)2(0.1)
4
= 0.000025 (0.5)2(0.794)
4
= 0.099
(0.5)2(0.977)
4
= 0.228
0.250
6 (0.5)3(0.1)
6
= 0.000000 (0.5)3(0.794)
6
= 0.020
(0.5)3(0.977)
6
= 0.104
0.125
8 (0.5)4(0.794)
8
= 0.002
(0.5)4(0.977)
8
= 0.043
0.062
10 (0.5)5(0.794)
10
= 0.000
(0.5)5(0.977)
10
= 0.015
0.031
12 (0.5)6(0.977)
12
= 0.004
0.016
14 (0.5)7(0.977)
14
= 0.000
0.008
Общий R
0.005025 0.436 0.871 0.992
D
R
2.30 0.360 0.06
D
R
/D
T
2.3 3.6 6
722
ГЛАВА 30 КОДИРОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Ïðîöåíò ïðîïóñêàíèÿ
Äëèíà âîëíû (íì)
50% êîíòîííîãî cyan
50% ïîëóòîíîâîãî cyan
400 500 600 700
50
100
v
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.4
0.5
0.6
0.3
u
Cyan
Áåëûé
Íåïðåðûâíûé òîí
Ïîëóòîí
Рис. 30.2 Вверху: линия, обозначенная «50% контонного cyan», демонстрирует спектральный
коэффициент пропускания гипотетического cyanкрасителя при/в той его концентрации, при
которой пропускание по длинноволновой («красной») части видимого спектра составляет
50.5%; прочие линии демонстрируют спектральный коэффициент пропускания на бо-льших
концентрациях: хорошо видно, что отношение количества пропущенного средневолнового
(«зеленого») света к количеству пропущенного коротковолнового («синего») падает, смещая
цветовой тон красителя в синюю сторону. Пунктирная линия демонстрирует процент пропус
кания полутонового cyan при 50% заполнения поверхности: хорошо видно, что при той же ве
личине пропускания по длинноволновой части спектра, что и у 50% контонного cyan, пропус
кание по коротковолновой и средневолновой частям много меньше.
Внизу: локус цветностей градиентов контонного и полутонового cyanкрасителя от полной
концентрации (100% заполнения в полутоне) до нуля.
30.7.2 Полутоновые изображения
Когда изображение разбито на точки (традиционная полиграфия), эффекты, вы
званные паразитными поглощениями, еще более выражены. Сие можно продемонст
рировать следующим примером (в котором для простоты мы вновь рассмотрим изобра
жение на просвет, помня, что отражающее ведет себя аналогично): в полутоновом изо
бражении cyanколорант при 50% заполнении даст коэффициент пропускания в длин
новолновой («красной») области спектра, равный
()
1 2 100 1 50 5+=.%
, а в средневолно
вой («зеленой») и коротковолновой («синей») областях соответственно
()
1 2 100 25 62 5+=.%
и
()
1 2 100 50 75+=%
(пунктирная линия на рис. 30.2 внизу).
В сравнении с контонным изображением при тех же 50.5% пропускания по длин
новолновой области полутоновое изображение даст по средним волнам 62.5% вместо
81%, а по коротким — 75% вместо 90%. Сие снижает охват цветностей и понижает фо
тометрическую яркость стимулов, в создании которых участвует cyanкраситель
(если, конечно, нет возможности выполнить маскирование, снижающее количество
magenta и yellowколорантов).
В цветовом тоне стимулов, воспроизводимых контонными и полутоновыми изобра
жениями, тоже имеются отличия: в полутоновом изображении все стимулы, образуе
мые градиентом cyanточек от 0 до 100%, имеют постоянную доминирующую длину
волны (пунктирная линия на рис. 30.2 внизу), но, как мы уже видели, в аналогичном
контонном cyanградиенте наибольшее отношение коэффициента пропускания в сред
неволновой части спектра к коэффициенту пропускания в коротковолновой окажется
в середине градиента.
Мы знаем, что в полиграфии с целью обеспечения полноценного визуального кон
траста изображений активно практикуют применение дополнительной черной краски
в глубоких тенях изображений. В средних тонах и даже светах черный кладут по прин
ципу GCR (см. раздел 29.14), который позволяет снизить общий расход красок, повы
сить скорость их высыхания и поднять визуальную резкость изображений.
Иногда с целью расширения цветового охвата цветорепродукционной системы,
а также снижения степени хроматических сдвигов при смене освещения в дополнение
к триадному комплекту колорантов применяются оранжевая, зеленая и фиолетовая
краски.
30.7.3 Цифровые изображения
Так какова же должна быть разрядность кодирования изображений в рамках цве
тового охвата типичной цифровой цветорепродукционной системы? Как было показа
но ранее, 8битное кодирование яркостей вполне адекватно задаче дискретизации
L
*
параметров, представляющих шкалу результатов восприятия ахроматических сти
мулов (т.е. шкалу ощущений серого), но теперь мы должны выяснить, какая разряд
ность потребуется для дискретизации оставшейся (и много большей) части цветового
охвата.
Сие можно выполнить, используя a
*
иb
*
переменные системы CIELAB: если ис
пользовать 8битное кодирование по каждой из этих переменных в диапазоне от –127
до +128, то размер каждого шага дискретизации окажется равным одной единице DE,
что, казалось бы, вполне приемлемо. Действительно, предложенное в целом адекватно
поставленной задаче, но при этом нельзя забывать, что самоя CIELABсистема доста
точно неравномерна, и если имеет место изменение значения обеих переменных на 1, а
также на 0.5 по L
*
, то общее отличие составит
(.)1105
22 2
++
, то есть 1.5. Стимулы, пер
723
ГЛАВА 30 КОДИРОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
цепционное отличие между которыми равно 1.5 DE, уже могут дать паразитные кон
турные эффекты.
Однако же перцепционные хроматические показатели стимулов, воспроизводимых
большинством цветорепродукционных систем, лежат в пределах от –80 до +80 по a
*
оси
и от –80 до +110 по оси b
*
(рис. 30.3), и поэтому при 8битном кодировании этих диапазо
нов наибольшее значение DE не выходит за пределы 1.0. Плюс к тому, поскольку в ре
альных цифровых системах всегда присутствуют некие случайные флуктуации (т.н.
шум), то данный уровень DE можно признать вполне удовлетворительным.
Несмотря на то что предельные хроматические значения охвата типичной субтрак
тивной системы достигают, как уже было сказано выше, от –80 до +80 по a
*
оси и от
–80 до +110 по оси b
*
, сие имеет место лишь на какомто одном из уровней L
*
. Следова
тельно, цветовой охват репродукционной системы в той или иной плоскости цветового
тона (т.е. охват стимулов того или иного постоянного цветового тона) по форме своей
стремится к треугольнику, в одном из углов которого расположены максимальное a
*
или b
*
значения, а в оставшихся двух соответственно черная и белая точки этого охва
та (рис. 30.3).
Мы видим при этом, что диапазон используемых значений сокращается примерно
на четверть против формального (т.е. от –127 до +128) и при дискретизации этого диа
724
ГЛАВА 30 КОДИРОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
100
L
*
Çåëåíûå
Ïó
ðïóðíûå
100
L
*
Ñèíèå Æåëòûå
50
50
-100 -50 0 50 100
100 50 0 50 100
-80 80
128-127
-80
128-127
110
a*
b*
hue = 0°hue = 180°
hue = 90°
hue = 270°
Рис. 30.3 Срезы цветового охвата типичной субтрактивной системы по плоскостям постоянно
го цветового тона со значениями 0°, 90°, 180° и 270°.
пазона общее количество бит падает с
()888 8192++ ´=
Мбит до
()8 7 7 8 176++ ´=
Мбит
(22 Мбайт). Однако на практике сократить количество уровней дискретизации по раз
меру охвата цветорепродукционной системы довольно сложно, но если этого добива
ются, то описанная выше экономия становится возможной.
30.8 ЯРКОСТНЫЙ И ЦВЕТОРАЗНОСТНЫЕ СИГНАЛЫ
Хорошо известно, что экономии полосы телевизионного вещания добиваются пу
тем применения яркостного и цветоразностных сигналов (вместо привычных трихро
матических). Полосу краснозеленого цветоразностного сигнала можно сократить до
одной четверти ширины полосы сигнала яркостного, а полосу желтосинего — до од
ной десятой (см. раздел 19.7). В NTSC такая редукция выполнена только по горизон
тальному направлению, а в системах PAL и SECAM полоса обоих цветоразностных
сигналов сокращена до 1/4 ширины полосы сигнала яркостного и по обоим направле
ниям (т.е. горизонтальному и вертикальному).
В открытых широковещательных системах благодаря гаммакоррекции сигнала
(см. раздел 19.13) часть яркостной информации передается за счет цветоразностных
сигналов, что несколько снижает силу возможной компрессии. В закрытых системах,
например в настольных издательских, яркостный сигнал можно оставить истинным,
полосу одного из цветоразностных можно сжать до одной четверти ширины полосы
сигнала яркостного, а полосу второго — до одной десятой. Сжатие выполнимо по обо
им направлениям. То есть, в сравнении с условной, равнополосной по всем трем кана
лам системой (где b — ширина полос), получим, что полоса сигнала яркостного оста
нется равной 1b, полоса краснозеленого сигнала станет равной
14 4 116()´= b
,а
желтосинего
1 10 10 1 100()´= b
. Следовательно, требуемый объем информации снижа
ется с
()8 7 7 8 176++ ´=
до
8 8 7 8 16 7 8 100 68 06´+´ +´ =() ( ).
Мбит (8.51 Мбайт).
Однако, так же как и в широковещательном телевидении, полностью отделить цве
торазностные сигналы от сигнала яркостного достаточно трудно, поэтому наиболее
реалистичным сценарием является сокращение полосы до одной четверти по каждому
из цветоразностных сигналов. Требуемый объем информации в этом случае становит
ся равным
887 84 7 84 92´+´ +´ =() ()
Мбит (11.5 Мбайт).
Напомним, что все приведенные выше расчеты строились по 35мм слайдизобра
жению.
30.9 УЧЕТ ЧАСТОТНОКОНТРАСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЗРЕНИЯ
В глазном яблоке человека, как в любой оптической системе, модуляции интенсив
ности света, воздействующего на сетчатку, прогрессивно падают по мере роста про
странственной частоты зрительных стимулов (см. рис. 18.16). Следовательно, число
тональных уровней, которое требуется для ухода от паразитного оконтуривания гра
диентов в изображении, снижается по мере роста пространственной частоты элемен
тов этого изображения.
В традиционной фотографии изза светорассеяния в слоях фотоматериала тональ
ное разрешение изображения падает по мере роста пространственной частоты его эле
ментов, но сей эффект обычно незаметен, поскольку в целом повторяет контур MTF
зрительной системы человека. Иное дело в цифровой технологии.
725
ГЛАВА 30 КОДИРОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
30.9.1 JPEGалгоритм
Объединенная группа экспертов по машинной обработке фотографических изобра
жений (Joint Photographic Experts Group — JPEG) Международной организации по
стандартизации (ISO), исходя из упомянутой выше особенности зрительной системы
человека, разработала весьма и весьма эффективный метод редукции объема инфор
мации в цифровых изображениях.
JPEGалгоритм дробит цифровое изображение на квадратные подобласти, пред
ставляющие собой т.н. макроблоки размером 8´8 пикселов. Сигналы по каждому мак
роблоку пропускаются через электронные фильтры, делящие эти сигналы по про
странственным частотам соответствующих им стимулов. Частотный диапазон фильт
ров составляет от 0 до 4 циклов на макроблок с промежуточными частотами в 1, 1.5, 2,
2.5, 3 и 3.5 цикла по вертикальному и горизонтальному направлениям во всех возмож
ных комбинациях, давая в итоге 64 возможных сочетания. Поскольку в работе фильт
ров применяется т.н. косинусная функция, процесс фильтровки известен как дискрет
ное косинусное преобразование — Discrete Cosine Transform (DCT). Такая система в це
лом аналогична двухмерному Фурьепреобразованию сигнала и при условии отсутст
вия какойлибо компрессии позволяет полностью восстановить сигнал оригинальный.
Сокращая количество уровней тональной дискретизации по мере роста пространст
венной частоты элементов изображения, можно ощутимо уменьшить общие требова
ния к разрядности кодирования и, соответственно, уменьшить размер файлов изобра
жений. Отметим также, что опытные художники активно пользуются этим приемом,
оставляя мелким деталям изображения лишь несколько тональных уровней.
JPEGалгоритм дает возможность снизить разрядность кодирования еще двумя
возможными способами:
— вопервых, поскольку в большинстве фотореалистичных изображений соседние
пикселы обычно имеют одинаковые значения, кодируется лишь информация об отли
чиях между пикселами (что эквивалентно применению широких кистей в живописи).
Такой дифференцированный подход к дискретизации визуальных данных является
мощнейшим инструментом снижения разрядности кодирования, не приводящим к
видимым потерям качества изображения. Он же активно применяется и в других алго
ритмах компрессии, в частности таких, как Photo CD (см. раздел 24.8);
— вовторых, учитывается статистический характер значений в прочих фильтрах
(диагональные детали изображения обычно рассеянны — см. раздел 19.9), что также
снижает требования к разрядности кодирования.
В конкретном приложении JPEGалгоритм можно использовать для компрессии
данных от 12 до 100 крат. Компрессия без визуальных потерь лежит на левом конце
этого диапазона и уменьшает объем информации от
887 84 7 84 92´+´ +´ =() ()
Мбит
(11.5 Мбайт) до 92/12 = 7.67 Мбит (0.95 Мбайт). Коль скоро мы договорились в свое
время, что оптимальными являются 8´10
6
пикселов на 35мм кадр, то в среднем при
такой компрессии на 1 пиксел будет приходиться всего лишь 1 бит информации (что
просто поразительно).
30.9.2 Алгоритм JPEG 2000
Использование макроблоков размером 8´8 пикселов ведет к некоторой паразитной
визуальной «блочности» мелких деталей JPEGизображения. Позднейшая версия
JPEGалгоритма — JPEG 2000 — лишена сего недостатка за счет того, что работа ве
726
ГЛАВА 30 КОДИРОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
дется с изображением в целом, представляя последнее в виде пакета субизображений
разного разрешения:
— на малых разрешениях (несмотря на то что при этом для ухода от паразитного
оконтуривания требуется высокая разрядность кодирования) резкое снижение обще
го числа пикселов ведет к существенному уменьшению размера файла изображения;
— на высоких разрешениях для ухода от паразитного оконтуривания требуется го
раздо меньшая разрядность кодирования визуальной информации, следовательно, не
смотря на то, что самих пикселов больше, мы попрежнему имеем возможность умень
шить размер файла.
На каждом из разрешений алгоритм JPEG 2000 задействует т.н. двухмерное дис
кретное вейвлетпреобразование, организующее пространственнонизкочастотные
(lowpass) и пространственновысокочастотные (highpass) фильтры и позволяющее
последним представить оригинальное изображение в четырех вариантах:
1. Низкой пространственной частоты по вертикали и горизонтали.
2. Высокой пространственной частоты по вертикали и горизонтали.
3. Высокой пространственной частоты по вертикали, но низкой по горизонтали.
4. Низкой пространственной частоты по вертикали, но высокой по горизонтали.
Несмотря на то что выполнение такого представления требует больших вычисли
тельных ресурсов, оно позволяет добиться либо равной, либо даже бо-льшей экономии
размера файла изображения (чем при стандартном JPEGалгоритме), но при этом с ра
дикально меньшим числом заметных артефактов (Steingrimsson и Simon, 2003).
Дальнейшее сокращение объема файла изображения по схеме JPEG 2000 реализуе
мо путем локализации участков высокого разрешения в т.н. зонах интереса (Regions
Of Interest — ROI), что выполняется с помощью специальных и довольно сложных ал
горитмов.
30.10 КОДИРОВАНИЕ И КОМПРЕССИЯ В ТЕЛЕВИДЕНИИ
ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ (HDTV)
Мы знаем, что в типичной HDTVсистеме количество строк вдвое больше, чем в
обычном телевидении (см. раздел 19.16), а также вдвое большее количество пар пиксе
лов на строку (что позволяет увеличить формат кадра с 4/3 до 16/9). Однако сие неиз
бежно требует и увеличения примерно в 5.33 раза (
2243´´
) ширины полосы вещания.
То есть если ширина полосы обычной телесистемы составляет порядка 5 МГц, то в сис
теме HDTV — 27 МГц. При разрядности кодирования яркостного сигнала в 8 бит тре
буемый битрейт составит
27 8 216´=
Мбит/c.
В системах высокой четкости цветоразностные сигналы обычно передаются по от
дельной полосе, но при этом они подвергнуты компрессии в вертикальном и горизон
тальном направлениях и занимают в сумме половину ширины полосы сигнала яркост
ного. В результате общий требуемый битрейт вырастает до
216 1 5 324´=.
Мбит/c, либо,
если применяется т.н. мультиплексная передача цветоразностных сигналов (реали
зуемая, к примеру, за счет их временно-го чередования), — до
216 1 25 270´=.
Мбит/c.
При передаче кинофильмов (но не сцен прямого эфира) информацию по каждому
следующему полукадру можно сравнить с информацией от предыдущего и тем самым
определить т.н. вектор движения. Используя этот вектор в работе т.н. MPEGалгорит
ма (см. раздел 19.16), применяемого в телевидении высокой четкости, а также исполь
зуя описанный ранее JPEGалгоритм, можно добиться компрессии с коэффициентом
15, т.е. снизить требуемый битрейт в 15 раз: 270/15 = 18 Мбит/c. При частоте кадров
727
ГЛАВА 30 КОДИРОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
30 кадр/с сие эквивалентно 18/30 = 0.6 Мбит/кадр. Коль скоро кадр HDTV содержит
порядка 2´10
6
пикселов на изображение, то на один пиксел в этом случае приходится
всего лишь 0.3 бита информации (0.6´10
6
/2´10
6
= 0.3), что в три с небольшим раза
меньше, чем требуется статичным изображениям (1 бит на пиксел).
30.11 ЦИФРОВОЙ КИНЕМАТОГРАФ
В кинематографии цифровые технологии вначале применялись при разного рода
промежуточных манипуляциях (см. раздел 12.11), но сегодня цифровые системы ак
тивно используются как при съемке, так и при кинопроекции: в художественных лен
тах объем визуальной информации огромен, но их цифровое распространение на рын
ке оказывается весьма и весьма выгодным.
Однако же, чтобы цифровая кинопроекция достигла уровня качества проекции тра
диционной, требуются специальные и весьма дорогостоящие цифровые проекторы с
расширенным цветовым охватом (Harrison, 2003).
30.12 ВЫВОДЫ
Итак, из всего сказанного выше мы видим, что высококачественное цифровое цве
товоспроизведение вполне осуществимо. Более того, всегда имеется возможность из
бежать неудобств, связанных с необходимостью обработки большого объема данных:
добиваются сего за счет различных методов компрессии, позволяющих понизить тре
буемое число бит на пиксел с 42 до 1 — у статичных изображений и до 0.3 бит/пик
сел — у изображений движущихся.
ПРЕДМЕТНЫЕ ССЫЛКИ
Harrison, C., IS&T and SID’s Eleventh Color Imaging Conference: Color Science and
Engineering, Systems, Technologies, Applications, pages 313 to 318. IS&T, Springfield,
Va., U.S.A. (2003).
Judd, D.B., and Wyszecki, G., Color in Business, Science, and Industry, 3rd Edn., p. 388,
Wiley, New York (1975).
McCamy, C.S., Color Res. Appl., 23, 337 (1998).
Pointer, M.R., Color Res. Appl., 23, 337 (1998).
Pointer, M.R., and Attridge, G.G., Color Res. Appl., 23, 52 (1998).
Steingrimsson, U., and Simon, K., J. Imaging Sci. & Tech., 47, 572 (2003).
ЛИТЕРАТУРА
Gonzales, R.C., and Woods, R.E., Digital Image Processing, Addison Wesley, Reading MA
(1993).
Poynton, C.A., A Technical Introduction to Digital Video, Wiley, New York (1996).
Russ, J.C., The Image Processing Handbook, 3rd Edn., CRC Press, Raleigh NC (1990).
ГЛАВА 30 КОДИРОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
31 ОЦИФРОВЫВАЮЩИЕ
ФОТО И ВИДЕОСЪЕМКА
31.1 ВВЕДЕНИЕ
И
стория трихроматической регистрации сцен электронными камерами (теле,
видео, фото) — плоть от плоти история широковещательного цветного теле
видения (см. гл. 20). Если не считать самых первых моделей, то относительно совре
менные аппараты строились на передающих трубках, в частности плюмбиконах. С по
мощью дихроичных призм они делили свет на трихроматические потоки, каждый из
которых падал на «свою» передающую трубку. Сегодня практически повсеместно
трубки заменены матрицами CCD или CMOSэлементов
1
, но светоделительные приз
мы применяются как и прежде. При этом единичные матрицы используются без свето
делителя — на них накладывается мозаика окрашенных фильтров. Последнее обычно
применяется в камкордерах и цифровых фотокамерах.
31.2 МАТРИЦА ФИЛЬТРОВ
Поскольку субъективная резкость изображений определяется в основном яркост
ными отличиями между элементами этих изображений и поскольку «зеленый» три
хроматический сигнал вносит наибольший вклад в яркостную составляющую регист
рируемых стимулов, то (см. раздел 22.3), как правило, в светочувствительной матрице
большее число пикселов покрыто зелеными фильтрами и результирующее соотноше
ние обычно составляет 1:2:1, то есть на один красный и синий фильтр — два зеленых
(рис. 20.9).
Встречаются и другие варианты фильтровой мозаики, например, в группе из четы
рех пикселов один фильтр — зеленый, один — голубой, один — пурпурный и один
желтый. Вычитая «зеленый» сигнал из «желтого» и из «голубого», получают соответ
ственно «красный» и «синий» трихроматические сигналы. Складывая и вычитая сиг
налы от разных ячеек в разных комбинациях, приходят к трем долям «зеленого» сиг
нала, двум долям «красного» и двум «синего», то есть RGBсоотношение в данном ва
рианте сенсора составляет 2:3:2.
В еще одной конструкции матрицы используются красный, зеленый, синий и
изумруднозеленый фильтры. Последний отвечает за отрицательные значения по крас
ному трихроматическому каналу (Katoh, Mizukura, Nishio и Quan, 2003). Отметим, что
вычитание сигналов приводит к некоторому нежелательному снижению соотношения
«полезный сигнал/шум», а объединение сигналов от соседних ячеек — к некоторому
падению пространственного разрешения результирующих изображений. Однако в це
лом описанная схема оказывается весьма и весьма практичной в ряде ситуаций.
729
1
Complementary MetalOxide Semiconductor (CMOS) — комплементарная структура
металлоксидполупроводник. Характеризуется меньшим быстродействием, но высокой плот
ностью размещения элементов, устойчивостью к шумам, а также малым потреблением энер
гии. — Прим. пер.
Еще один вариант конструкции сенсора предлагает компания Foveon: матрица
представляет собой «сэндвич» из слоев разных спектральных чувствительностей, бла
годаря чему в мозаике фильтров отсутствует необходимость (Lyon и Hubel, 2002).
31.3 ПАМЯТЬ
В камкордерах аппаратный сигнал обычно записывается на магнитную ленту,
а в цифровых фотокамерах на специальную флэшкарту либо во встроенную электрон
ную память аппарата. Экономия памяти реализуется за счет разнообразных видов
компрессии, в частности за счет применения ее MPEG и JPEGалгоритмов (см. разде
лы 30.9 и 30.10).
31.4 СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Когда электронная камера (обычная телекамера, к примеру) ориентирована на вос
произведение изображений с помощью того или иного аддитивного трихроматическо
го устройства, то есть монитора, выдающего (за счет работы люминофоров) красный,
зеленый и синий кардинальные стимулы, то в идеале набор спектральных чувстви
тельностей этой камеры должен представлять собой трихроматические кривые Стан
дартного наблюдателя по этим стимулам либо линейную комбинацию этих кривых
(условие Лютера —Айвса) (см. раздел 7.4).
В широковещательном телевидении цветности кардинальных стимулов и эталон
ного белого стимула стандартизированы (см. раздел 21.13), и под стандарт подпадают
по меньшей мере 709 люминофоров (стандарт ITUR BT.7091993). Трихроматические
кривые Стандартного наблюдателя по кардинальным стимулам, воспроизводимым
этими люминофорами, хоть и имеют в своем составе участки с отрицательными значе
ниями, но при этом вполне удовлетворительно аппроксимируются матрицированием
сигналов сенсора (см. раздел 19.12).
На рис. 31.1 (вверху) показан набор спектральных чувствительностей типичной те
лекамеры: сплошные линии нижнего рисунка демонстрируют эти же чувствительно
сти, но подвергнутые матрицированию; пунктирные линии — трихроматические кри
вые Стандартного наблюдателя по кардинальным стимулам, воспроизводимым 709
люминофорами из упомянутого выше стандарта. Мы видим, что матрицирование
весьма эффективно аппроксимирует кривые Стандартного наблюдателя по красному и
зеленому каналам, но весьма неточно по синему. Так происходит потому, что зона
спектральной чувствительности камеры в коротковолновой части спектра довольно
широка: сие неизбежная плата за относительно высокий коэффициент пропускания
соответствующего (синего) фильтра матрицы.
Наконец, отметим, что разработка методов измерения спектральной чувствитель
ности электронных камер являлась в свое время предметом серьезных исследований
(Hubel, Sherman и Farell, 1994).
31.5 ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
Фотографическая ISOчувствительность электронных (теле, видео, фото) камер
лежит в пределах от 100 до 6400 ISO/ASA и зависит от базовой чувствительности пик
селов матрицы, характера фильтров или светоделителей, а также от допустимого
уровня шума.
730
ГЛАВА 31 ОЦИФРОВЫВАЮЩИЕ ФОТО И ВИДЕОСЪЕМКА