CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии - Владо Дамьяновски

Рис. 9.50. К сожалению, по техническим причинам в черно-белом издании мы не сможем проиллюстрировать принципы цветной печати CMYK, но некоторое представление о структуре пикселов вы получите, взглянув на увеличенную область (нижний правый угол) иллюстрации.

Психофизиология восприятия мелких деталей

Многочисленные эксперименты и тесты показали, что человеческий глаз может различить самое большее 5–6 пар линий на миллиметр. Этот показатель подразумевает оптимальное расстояние между глазом и объектом 30 см, то есть, когда мы, например, читаем достаточно мелкий текст. Это дает минимальный угол примерно в 1/60 градуса. Таким образом, это значение 1/60 градуса считается пределом угловой разрешающей способности для нормального зрения. Мы можем использовать угловую разрешающую способность глаза для лучшего понимания того, как человек воспринимает мелкие детали, что позволит нам затем применить наши теоретические познания на практике, в частности, в видеонаблюдении.

При расчете расстояния между человеком и монитором существует простая рекомендация, которая предписывает умножать высоту экрана монитора на семь. Вообще, необходимо понимать, что расстояние до монитора — это крайне важный аспект психофизиологического восприятия деталей в изображении. Человеку, который смотрит в монитор, совершенно не нужно находиться слишком близко к экрану, но и очень далеко от экрана располагаться зрителю тоже не стоит. При стандарте аналогового телевидения PAL с его 576 активными строками, расстояние до экрана монитора для оптимального восприятия деталей изображения рассчитывается исходя из предельного для глаза человека значения 5–6 пар линий на миллиметр, проецируемых на расстояние, где находится экран монитора. Так, если мы используем правило семикратной высоты экрана и возьмем, например, обычный монитор с диагональю 15 дюймов (38 см), у которого высота экрана будет примерно 23 см, то рекомендуемое расстояние до экрана составит примерно 1.6 м. Максимальная разрешающая способность человеческого глаза на этом расстоянии уменьшится примерно в 5 раз по сравнению с тем, что указано на рисунке для дистанции 0.3 м (1.6/0.3=5.33). В то время как на расстоянии 0.3 м глаз человека различает 5–6 пар линий на миллиметр, для 1.6 м разрешающая способность глаза уменьшится уже до 1 пары линий на миллиметр (2 линии на миллиметр, 0.5 миллиметра на 1 линию), что примерно и получится у нас, если мы разделим 576 активных линий на высоту экрана 23 см (2.5 линии на миллиметр). Все эти расчеты подразумевают, конечно, что у нас высококачественный монитор с высоким разрешением. Если мы сильно приблизимся к такому монитору, то мы не увидим никакой дополнительной информации. Если же мы увеличим дистанцию между человеком и экраном монитора, то это тоже не даст никакого положительного эффекта. Когда мы приближаемся к монитору, то эффект будет таким же, как если бы мы заменили этот монитор на другой, но с большей диагональю. Если, допустим, вы замените цветной монитор с диагональю 21 дюйм на другой монитор с диагональю 23 дюйма при том же расстоянии 1.6 м, то качество изображения и мелкие детали будут визуально восприниматься зрителем хуже. Для оптимального восприятия деталей на мониторе с диагональю 21 дюйм расстояние будет уже 2.1 м.

Рис. 9.51. 1/60 градуса считается пределом угловой разрешающей способности человеческого глаза

Такая же логика прослеживается и те же самые вычисления будут справедливы и для компьютерных мониторов высокого разрешения с электронно-лучевой трубкой и размером зерна 0.21 мм. В этом случае оптимальным расстоянием до экрана дисплея будет около 0.6 м. Большинство жидкокристаллических дисплеев не могут похвастать столь малым размером зерна, которое в этом случае обычно составляет 0.28 мм. Поэтому на них удобнее смотреть с расстояния примерно 1 м.

Здесь указаны приблизительные расстояния между зрителем и экраном монитора, которые основываются на пределе угловой разрешающей способности человеческого глаза 1/60°.

При том же расстоянии до экрана визуально будет восприниматься как значительно более качественное изображение от обычного компьютерного дисплея с разрешением XGA (1024x768 пикселов), где реальная разрешающая способность дисплея будет 92 точки на дюйм (dpi). Это значение получается делением 1024 пикселов на ширину 14-дюймового LCD-дисплея ноутбука. Поэтому дисплей компьютера имеет большую площадь (в пикселах), но также и более высокую частоту обновления, чем мы используем в видеонаблюдении. Имейте в виду, что для нормального отображения таких высококачественных изображений на экране компьютер должен иметь хороший видеоадаптер с достаточным количеством видеопамяти, чтобы обрабатывать это количество пикселов (1024x768) с нужным количеством цветов для передачи реальной сцены (глубина цвета 24 бит, что позволяет отображать 16.7 миллионов цветов в цветовой схеме RGB). И еще одно важное замечание: такой дисплей не будет совместимым с видеостандартами PAL или NTSC, так как это компьютерный дисплей XGA. Для отображения вышеупомянутых стандартов потребуется преобразование, которое может быть более или менее успешным в зависимости от алгоритмов и технологии дисплея.

Рис. 9.52. Здесь указаны приблизительные расстояния между зрителем и экраном монитора, которые основываются на пределе угловой разрешающей способности человеческого глаза 1/60 градуса

На печати мы имеем даже более высокое разрешение на миллиметр, чем мы можем получить на любом мониторе. Именно поэтому нам часто кажется, что кадр, распечатанный на качественной фотобумаге с использованием принтера высокого разрешения, визуально выглядит значительно лучше, чем тот же кадр на обычном мониторе, используемом в видеонаблюдении. В основном это связано с тем, что когда мы смотрим на монитор, то располагаемся от него несколько дальше, чем при чтении этой книги.

Итак, давайте представим, что изображение от телекамеры высокого разрешения отображается на качественном видеомониторе, у которого в спецификациях указана горизонтальная разрешающая способность около 500 ТВ-линий. Если у данного монитора диагональ экрана, например, 38 см (15 дюймов) то это означает, что он способен отображать примерно 666 вертикальных линий по 30-сантиметровой ширине экрана (30 см = 11.8 дюйма). Если 666 линий мы поделим на 11.8 дюйма, то получим разрешение равное 56 точек на дюйм (56 dpi)!

Это практически самое высокое разрешение, которое мы можем получить при отображении аналогового видеосигнала, и оно определяется самим видеостандартом (PAL/NTSC).

Чтобы качественно распечатать телевизионный кадр, соответствующий стандарту ITU-601, на струйном принтере, нам также необходимо знать основы технологии струйной печати. Это нам позволит выбрать нужное качество печати на принтере. Как и следовало ожидать, размер кадра на печати и его разрешение мы легко сможем рассчитать, так как мы знаем разрешение нашего принтера. Пусть это будет 1440 точек на дюйм. Впрочем, следует предостеречь нашего читателя от желания принимать на веру все технические характеристики, указанные в инструкциях к подобным устройствам. Эти значения не всегда соответствуют действительности и нашим ожиданиям. Те точки на дюйм, которые указаны в технических характеристиках вашего принтера (например, 720 или 1440 dpi), обозначают мельчайшие точки, которые могут быть отпечатаны одним соплом (голубого, пурпурного, желтого или черного цвета) печатающей головки струйного принтера. Ситуацию еще более запутывает тот факт, что это не те же самые точки на дюйм, к которым мы привыкли, когда речь идет о полиграфической печати. «Натуральные» цвета струйной печати получаются в результате процесса псевдосмешения цветов (точечных растров) для создания плавных переходов на цветном изображении, что представляет собой распыление краски и смешивание полученных точек различных размеров, чтобы получить результирующий цвет. На самом деле цветные струйные принтеры представляют собой бинарные устройства, в которых синие, пурпурные, желтые и черные точки находятся в состоянии «включено» (печатать) или «выключено» (не печатать) без каких-либо промежуточных состояний. Такой подход концептуально отличается от подхода, использованного в электронно-лучевых трубках мониторов, где люминофор может светиться с различной яркостью.

«Бинарный» струйный принтер, работающий в цветовой системе CMYK, может печатать только 5 «чистых» цветов: голубой, пурпурный, черный и желтый, а также и белый. При этом белый цвет — это всего лишь фоновый цвет бумаги (предполагается, что она действительно белая), но он также используется при формировании цветов. Очевидно, что такая цветовая палитра не может использоваться для качественной цветной печати. Впрочем, то же самое касается новых струйных фотопринтеров, у которых используется два дополнительных цвета (светло-синий и светло-пурпурный) для более естественной передачи оттенков кожи человека. Поэтому здесь в дело вступают алгоритмы формирования полутонов (half toning), которые делят все разрешение принтера на ячейки полутонов и затем варьируют количество точек в этих ячейках, чтобы имитировать переменный размер точек. Аккуратно сочетая ячейки, которые содержат различные пропорции точек в цветовой системе CMYK, струйный полутоновый принтер способен обмануть человеческий глаз, заставив его увидеть палитру из миллионов цветов, вместо нескольких основных.