Обратно

Тихомирова Г.В., Газеева И.В., Лебедев В.П., Ковалевский А. В.
Обоснование параметров кинопроекции на основе методов психофизических исследований
(сокращенный вариант)

Как в кинематографической, так и в кинотелевизионной системах воспринимающим экранное изображение звеном является зрительный анализатор, под которым понимается не только человеческий глаз как оптическая система, но и мозг, воспринимающий и соответствующим образом усваивающий сигналы, возникающие от временных колебаний яркости (мельканий). Причем незаметные световые мелькания также, как неслышимый высокочастотный и низкочастотный звук, оказывают на человека воздействие и даже могут вызвать головную боль. Существующие психофизические методы не позволяют в полной мере оценить воздействие световых мельканий на зрителей. В связи с этим для оптимизации параметров кинопроекции предлагается использовать психофизиологические методы, в которых оценивается утомление и другие показатели психофизиологического состояния (ПФС) зрителей до и после просмотра изображения или световых мельканий.
Исследования, проводимые в Институте физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук, показывают наличие оптимальной частоты 77 ± 2 Гц и длительности 3,5–4 мс в случае воздействия прямоугольного электрического сигнала на мозг человека при транскраниальной электростимуляции (ТЭС). Для оценки психофизиологического состояния зрителей до и после просмотра световых мельканий на экране использовались вербальный тест «Самочувствие, активность, настроение» (САН) и невербальный цветовой тест Люшера. Время просмотра световых мельканий составляло 15 минут. Всего в первой серии экспериментов приняло участие 130 человек. Эксперименты проводились по рандомизированной слепой методике, то есть частота световых мельканий выставлялась в случайном порядке и не ообщалась экспертам до окончания экспериментов.
Результаты исследований влияния частоты световых мельканий на психофизиологическое состояние зрителей приведены на рис. 1, 2. На рис. 1 показаны изменения тех показателей состояния зрителей, которые, улучшаясь, увеличиваются, на рис. 2 — тех, которые, напротив, улучшаясь, уменьшаются. Достоверность изменений этих показателей по сравнению с исходным уровнем (по критерию Вилкоксона) на рисунках обозначена: светлый квадрат — P < 0,05, темный квадрат — P < 0,01; достоверность различий с частотой 77 ± 2 Гц (по критерию Фишера): светлый кружок — P < 0,05, жирный кружок — P < 0,01. Итоги экспериментов показали, что лучшие результаты, особенно по показателю усталости, получены при наблюдении световых мельканий с частотой 77 ± 2 Гц.

Рис. 1. Влияние частоты световых мельканий на самочувствие, активность, настроение (по тесту САН) и работоспособность (по тесту Люшера)

Рис. 2. Влияние частоты световых мельканий на усталость (по тесту САН), тревожность и стресс (по цветовому тесту Люшера)

Во второй серии экспериментов оценивалось влияние на психофизиологическое состояние зрителей световых мельканий с оптимальной частотой 77 ± 2 Гц при различных коэффициентах обтюрации hпр. Исследования проводились для коэффициентов обтюрации 0,1; 0,3; 0,5; 0,7 при яркости экрана 200 кд/м2. Для оценки психофизиологического состояния зрителей до и после 15-минутного просмотра световых мельканий на экране в этой серии экспериментов использовались специальные тесты, позволяющие оценить утомление и связанные с ним показатели самочувствия. Так, для субъективной оценки использовались тесты: «Аналоговая шкала утомления» (АШУ), «САН», для объективной оценки — «Корректурный тест Ландольта по оценке работоспособности». Во второй серии экспериментов участвовали 150 человек. Методика проведения экспериментов и обработки результатов была такой же, как и в первой серии исследований.
Результаты исследований приведены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Влияние световых мелькания с частотой 77 ± 2 Гц при различных коэффициентах обтюрации на самочувствие, активность, настроение (по тесту САН) и среднюю точность работы (по тесту с кольцами Ландольта)

Рис. 4. Влияние световых мельканий с частотой 77 ± 2 Гц при различных коэффициентах обтюрации на утомление (по тесту АШУ) и количество ошибок (по тесту с кольцами Ландольта)

Достоверность изменений показателей психофизиологического состояния зрителей по сравнению с исходным уровнем (по критерию Вилкоксона) так же, как и ранее, обозначена: светлый квадрат — P < 0,05, темный квадрат — P < 0,01; достоверность различий с контрольной группой, смотревшей освещенный экран без мельканий при h0 = 1 (по критерию Фишера): светлый кружок — P < 0,05, жирный кружок — P < 0,01; достоверность различий с коэффициентом обтюрации 0,3 (по критерию Фишера): светлый эллипс — P <0,05, жирный эллипс — P < 0,01.
Таким образом, оптимальные частота и коэффициент обтюрации световых мельканий совпадают с оптимальными параметрами частоты и скважности электрического сигнала для ТЭС, а психофизиологический метод оказывается эффективным для определения оптимальной частоты и коэффициента обтюрации световых мельканий в кино и кинотелевизионных системах.
Аналогичные эксперименты проводились с изображением при яркости экрана 50, 100, 160, 200 кд/м2. При этом на экране демонстрировалось цветное динамическое, имеющее различные планы, изображение с частотой 25 кадр/с и трехкратной засветкой кадра с коэффициентом обтюрации 0,3. Дополнительно оценивались изменения состояния зрителей в традиционной кинематографической системе с частотой 2і24 кадр/с, коэффициентом обтюрации 0,5, яркостью киноэкрана 50 кд/м2. В этой серии экспериментов также участвовали 150 человек. Используемые тесты, условия проведения экспериментов и методы обработки результатов в этой серии исследований были такими же, как и в предыдущей.
Результаты исследований, связанных с оценкой изменений психофизиологического состояния зрителей после просмотра изображения, приведены на рис. 5 и 6.

Рис. 5. Изменение зрительского самочувствия, активности, настроения (по тесту САН) средней точности (по тесту Ландольта) после просмотра изображения с различными параметрами кинопроекции

Рис. 6. Изменение количества ошибок (по тесту Ландольта) и утомления (по тесту АШУ) зрителей после просмотра изображения с различными параметрами кинопроекции

Достоверность изменений показателей ПФС зрителей по сравнению с исходным уровнем (по критерию Вилкоксона) обозначена на рисунках: светлый квадрат — P < 0,05, темный квадрат — P < 0,01; достоверность различий с группой, смотревшей изображение с частотой 2 x 24 кадр/с, коэффициентом обтюрации 0,5, яркостью 50 кд/м2 (по критерию Фишера): светлый кружок — Р < 0,05, жирный кружок — P < 0,01; достоверность различий с группой, смотревшей световые мелькания с частотой 77 ± 2 Гц, коэффициентом обтюрации 0,3, яркостью 200 кд/м2 (по критерию Фишера): светлый эллипс — P < 0,05, жирный эллипс — P < 0,01.
Экспериментальное доказательство существования оптимальных параметров световых мельканий вызвало к жизни идею создания кинематографической системы, способствующей улучшению психофизиологического состояния зрителей, снижению их утомления и улучшению внимания.
Рассмотрим варианты технической реализации таких кинематографических систем (с частотой световых мельканий 75–79 Гц): с трех-, двух- и однократной засветкой кадра, то есть с частотами проекции 3 x 25, 2 x 38,5 (2 x 37,5) и 77 (75) кадр/с.
Проекция с частотой 3 x 25 кадр/с может осуществляться с использованием обычных фильмокопий, снятых с частотой 24 кадр/с — это является существенным преимуществом данного способа реализации. Проекция с частотами 2 x 38,5 и 77 ± 2 кадр/с требует специальной фильмокопии.
Перевод фильмокопий, хранящихся в фильмофонде, на частоту 77 ± 2 кадр/с компьютерным способом возможен (если строить две промежуточные фазы между соседними кадрами), на частоту 38,5 кадр/с — затруднителен.
При кинопроекции с частотами 2 x 38,5 и 77 ± 2 кадр/с возрастает масса фильмокопий, что вызывает определенные неудобства. Этот недостаток может быть устранен в системе с частотой 77 ± 2 кадр/с, реализованной с непрерывным транспортированием киноленты на тонкой основе и импульсным источником света, однако в таких системах длительность засветки значительно меньше оптимальной для психофизиологического состояния зрителей. В принципе устранить этот недостаток возможно, если использовать инерционные киноэкраны. Но для этого требуются значительные денежные затраты, поэтому для обоснования целесообразности реализации таких систем необходимы дополнительные исследования.
Таким образом, из рассмотренных вариантов технических решений кинопроекции с частотой световых мельканий 77 ± 2 Гц, коэффициентом обтюрации 0,3 наиболее простым и перспективным способом является кинопроекция обычных фильмокопий с трехкратной засветкой кадра частотой 25 кадр/с с применением импульсных источников света.

Полный текст - в № 12 журнала "ТКТ" за 2001 г.

Сорока Е.3., Якубович А. В. ,
Дифференциальные искажения в гибридных ТВ-системах

Как известно, дифференциальное усиление и дифференциальная фаза представляют собой нежелательное относительное изменение размаха или, соответственно, фазы сигнала цветности при изменении напряжения сигнала яркости. Для оценки дифференциальных искажений в телевизионных трактах используются пилообразные или ступенчатые сигналы строчного периода, на которые накладывается сигнал цветовой поднесущей 4,43 МГц. Стандартизованные измерительные сигналы имеют размах пилообразного или ступенчатого сигнала яркости 0,7 В, а размах сигнала поднесущей — 0,28 В (рис. 1).

Процесс измерения дифференциального усиления сводится к оценке этих нежелательных изменений размаха сигнала поднесущей после соответствующей полосовой фильтрации с помощью осциллографа. Процесс измерения диффазы сводится к сравнению фазы сигнала поднесущей с опорной поднесущей, имеющей фиксированную фазу. В настоящее время большое распространение получили гибридные (аналого-цифровые) ТВ-устройства, в которых входные и выходные сигналы могут быть как аналоговыми, так и цифровыми, а вся обработка сигналов производится цифровыми методами. При этом в соответствии с Рекомендацией 601 МСЭ-Р входные аналого-цифровые преобразователи для сигналов яркости настраиваются таким образом, чтобы при 8-битовом квантовании уровень черного в сигнале соответствовал 16-му уровню, а уровень белого — 235-му уровню. Таким образом, в системе предусматриваются некоторые резервы на случай появления сигналов «чернее черного» и «белее белого». Однако, как показывает элементарный расчет и подтверждает практический опыт, измерительные сигналы типа «пила с насадкой» или «ступеньки с насадкой» выходят за указанные резервные уровни, что приводит к их резкому ограничению как в области черного, так и в области белого. Из-за этого для испытываемой аппаратуры получаются неадекватные (сильно завышенные) оценки дифференциальных искажений. Автоматизированные измерительные приборы дают оценки искажений, которые превышают реальные почти на порядок. В результате такие неадекватные значения приходится просто изымать из протоколов. Существует простое и очевидное решение этой проблемы. Нужно скорректировать методику измерений, переопределив измерительные сигналы. Следует уменьшить размах пилообразной и ступенчатой составляющих так, чтобы сигнал с насадкой не выходил в запрещенные области ниже минимально допустимого уровня (соответствующего коду 00000000) и выше максимально допустимого уровня (соответствующего коду 11111111) при 8-битовом кодировании, и, следовательно, не подвергался резкому ограничению в АЦП. Этим требованиям удовлетворяет модифицированный испытательный сигнал в виде пилообразной составляющей размахом 0,5 В на пьедестале 0,1 В (рис. 2) в сумме с насадкой 4,43 МГц размахом 0,28 В (рис. 3). На рис. 4 представлен стандартный и модифицированный испытательные сигналы «ступеньки с насадкой». В модифицированном сигнале размах ступенек составляет 0,5 В, пьедестал 0,1 В, размах насадки 0,28 В. Отметим, что некоторые из существующих генераторов испытательных сигналов позволяют получить требуемый модифицированный сигнал. В качестве примеров укажем далеко не новый генератор SPF фирмы Rhode & Schwarz,	Рис. 1. Стандартный испытательный сигнал (размах поднесущей 280 мВ)
	Рис. 2. Модифицированный пилообразный сигнал (размах «пилы» 500 мВ)
	Рис. 3. Модифицированный испытательный сигнал (размах поднесущей 284 мВ)

Рис. 4

в котором предусмотрена раздельная регулировка размаха пилы/ступенек и пьедестала в выходном сигнале (именно с его помощью сформированы сигналы, приведенные на осциллограммах, показанных на рис. 1, 2 и 3), а также современные генераторы TPG20 и TPG21фирмы Snell & Wilcox, в которых требуемый сигнал нетрудно ввести в номенклатуру.

Обратно