Reprodukcija

59

2. REPRODUKCIJA SVETLA U TELEVIZIJSKIM SISTEMIMA

Smatra se da je reprodukovana slika ta~na ukoliko posmatra~ ne vidi razliku izme|u reprodukcije i originala. Da se ova razlika ne bi primetila potrebno je: - da se i luminanca i hromati~nost prenesu bez izobli~enja - da se reprodukcija posmatra u istim uslovima kao i originalna scena. Ova dva uslova u praksi nikad nisu zadovoljena, pa se za vernu reprodukciju boje predla`u tri definicije: Fizi~ka vernost, koja podrazumeva isti spektralni sadr`aj reprodukovane slike i originala; - Fiziolo{ka vernost, po kojoj posmatra~ sti~e utisak o sceni na osnovu reprodukcije - psiholo{ka vernost, po kojoj posmatra~ do`ivljava reprodukciju zadovoljavaju}om, bez obzira {to uslov fiziolo{ke vernosti nije zadovoljen. U praksi je fizi~ka vernost nedosti`na, psiholo{ka vernost se mora zadovoljiti, a fiziolo{ka vernost je potrebna i po`eljna, ali nije neophodna. Za procenu vernosti treba uzeti u obzir i adaptaciju oka, koja za reprodukovanu i originalnu sliku sliku nije ista; naime adaptacija posmatra~a u studiju zavisi od srednjeg osvetljaja scene (koji varira zavisno od ugla posmatranja), a adaptacija televizijskog posmatra~a zavisi od osvetljaja sobe u kojoj se nalazi TV prijemnik ( a ovaj osvetljaj je uglavnom konstantan). Va`ni su i drugi subjektivni faktori posmatra~a, kakav je npr simultani kontrast boja. Me|utim senzori slike u TV kameri daju signal koji zavisi samo od energije fotona, a nemaju ove subjektivne procene. Da bi se ostvario veran prenos boje neophodno da se povr{ine, koje imaju konstantan koeficijent refleksije (sneg ili bela hartija npr.), vide kao bele bez obzira na spektralni sadr`aj svetlosnog izvora koji osvetljava scenu. Zato je potrebno odabrati referentno belo, a u televiziji je to naj~e{}e standardno svetlo C ili D65. Po{to oko najbolje vidi na dnevnom svetlu, po`eljno je u studijima koristiti svetlosne izvore dnevnog svetla. 2.1. Reprodukcija intenziteta - GAMA Reprodukcija intenziteta (ili kako to fotografi ka`u s“ kale tonova”) predstavlja jedan od osnovnih uslova kvalitetne slike. U filmu, televiziji i ra~unarskoj grafici termin gama (~iji je simbol gr~ko slovo γ) predstavlja veli~inu koja opisuje (ne)linearnost reprodukcije intenziteta svetla. Televizija je ovaj termin preuzela iz fotografije, gde se nelinearnost sistema tako|e predstavlja gamom, mada se u fotografiji gama vi{e odnosi na izgled slike nego na reprodukciju intenziteta.

60

Gama ~esto unosi zabunu, jer je to vrlo kompleksna veli~ina koja uklju~uje ~etiri razli~ite discipline: fiziku, percepciju oka, fotografiju i televiziju. Prenosna karakteristika katodne cevi prijemnika je tako|e nelinearna funkcija dovedenog napona pa je gama, strogo fizi~ki re~eno, kompenzacija ove nelinearosti prijemnika. Ukoliko je L0 luminanca scene, a Li luminanca slike reprodukovane na prijemniku, osnovni uslov za ta~nu reprodukciju intenziteta je linearan odnos ove dve luminance tj: Li = k L0 Uukoliko je C0 opseg kontrasta na sceni, a Ci opseg kontrasta reprodukovane slike, mo`e se napisati slede}a relacija: Ci = C 0 {to zna~i da opseg kontrasta reprodukovane slike i opseg kontrasta scene moraju da budu jednaki. Razmotri}emo ovaj uslov malo detaljnije. Da bi se luminanca scene verno prenela potrebno je da da studio bude uniformno osvetljen. Promena osvetljaja u filmskom studiju mo`e da varira u opsegu 4:1 ( u odnosu na nominalnu vrednost), a za TV studio varijacija osvetljaja ne bi trebalo da je ve}a od 2:1. Stoga je potrebno izbegavati ugla~ane, sjajne povr{ine koje imaju veliki koeficijent refleksivnosti. Refleksivnost belog, koje se koristi u studijima je 0.8, dok je refleksivnost crnog 0.04. Zna~I da je originalni opseg kontrasta scene za filmski studio Cf0=[4x(0.8:0.04)]:1=80:1, a da je opseg kontrasta televizijskog studija Ctv0=[2x(0.8:0.04) ]:1=40:1. Kolor film mo`è da prenese opseg kontrasta 80:1 bez ve}ih problema; me|utim kolor TV sistemi imaju opseg kontrasta 20:1 do 40:1 (ako je prijemnik u slabo osvetljemoj sobi) mada da je opseg 40:1 ponekad te{ko ostvarljiv. Da bi uslov (4) bio zadovoljen potrebno je smanjivati C0 i pove}avati CI , {to se posti`e posebnim obradama signala i pode{avanjima ( vi{e o ovome u poglavlju dinami~ki opseg kamere). 2.1.1. Gama prijemnika – fizi~ka gama Pokazalo se da je luminanca kineskopa, nelinearna funkcija napona signalne elektrode. Funkcija zavisnosti je stepena funkcija sa eksponentom 5/2 a eksponent ove funkcije predstavlja gamu kineskopa. Nelinearnost u prenosnoj karakteristici kineskopa je posledica interakcije izme|u katode i re{etke koja kontroli{e struju mlaza, dok se za karakteristiku samih fosfora mo`e re}i da je uglavnom linearna ( za vrednosti signala do 80%).

61

2.1.2. Gama korekcija Proces kompenzacije nelinearnosti prenosne karakteristike video sistema se zove gama korekcija, a uvodi se kako zbog nelinearne karakteristike prijemnika, tako zbog neuniformne osetljivosti oka. Elektri~na kola za gama korekciju se nalaze u TV kameri (slika 2.6.), a deluju tako da ukupna gama sistema bude jednaka jedinici.

Slika 2.6 Ve} je re~eno da se veran prenos opsega kontrasta posti`e podizanjem opsega kontrasta reprodukovane slike, ili kako se to u literaturi ~esto ka`e r“ azvla~enjem” opsega kontrasta (“stretch”). U televizijskim sistemima se podizanje kontrasta reprodukovane slike posti`e tako {to je vrednost ukupne game sistema ( Γ ) malo ve}a od jedinice. Pokazalo se, da TV sistemi ~ija je eksponent ukupne prenosne karakteristike 1.1 ili 1.2, imaju reprodukovanu sliku koja je subjektivno dopadljivija od slike sistema sa matemati~ki ta~nom linearnom gamom. Za gama korekciju u kameri se preporu~uje stepena funkcija sa eksponentom 0.45. Ako je gama prijemnika 2.5 onda je ukupna gama TV sistema 0.45x2.5=1.13, {to daje vrlo zadovoljavaju}e rezultate i u pogledu nelinearne percepcije oka. U poslednje vreme se pojavljuju prijemnici sa ekranom od te~nih kristala, ~ija se nelinearnost razlikuje od klasi~nih kineskopa, ali prenosna karakteristika TV sistema mora da odgovara nelinearnoj percepciji oka. Me|utim, problem za postavljanje novih standarda predstavljaju postoje}i prijemnici, koji se izvanredno uklapaju sa svim video ure|ajima u eksploataciji. Stoga mo`emo o~ekivati nove prijemnike ( sa ravnim ekranom), koji imaju lokalnu gama korekciju za pode{avanje transfer funkcije u skladu sa potrebama.

62

2.1.3. Gama i adaptacija oka Ve} je re~eno da se ljudsko oko adaptira na vrlo {irok opseg nivoa luminanci pozadine, odnosno ambijentnog svetla . Ukoliko je posmatrani predmet okru`èn svetlom pozadinom nastaje pove}ana osetljivosti oka za male promene osvetljaja. Svetlo se sa svetle pozadine “raspr{uje” po posmatranom predmetu, usled ~ega se pove}ava osvetljaj tamnih (crnih) povr{ina, tj. smanjuje stvarni kontrast” slike. Mehanizmi u oku deluju tako {to pove}avaju vidljivost tamnih povr{ina u prisustvu svetle pozadine , odnosno “razvla~e” (strach) opseg kontrasta. Isto tako, ukoliko je pozadina tamna, stvarni opseg se smanjuje. Sve ovo uti~e na nelinearno izobli~enje zasi}enja i vrste boje na niskim nivoima signala, jer se crno u slici ne poklapa sa crnim na sceni. Ova pojava je uticala na ore|ivanje svetlosnih uslova prostorija u kojima se gledaju filmovi, slajdovi ili televizija. Filmski sistemi su projektovani tako da kompenzuju pozadinsko svetlo. Projekcije uvek vr{e u zamra~enim prostorijama, a gama sistema je ve}a od jedinice (ima vrednost 1.5). TV sistemi su projektovani na sli~an na~in, pa je gama tako|e malo ve}a od jedinice ( iznosi 1.13). Iz svega izlo`enog se vidi da projektovanje TV sistema uklju~uje ne samo elektroniku, fiziku i matematiku ve} i vrlo slo`ène zakone percepcije oka, koji ustvari imaju presudnu ulogu i zna~aj.

2.2. Reprodukcija boje

kriterijuma:

U televiziji se za procenu kvaliteta reprodukcije boje koriste dva

1) Kolorimetrijski veran prenos hromati~nosti, pri ~emu se vr{i kvantitativna procena promene x, y hromatskih koordinata reprodukovane slike u odnosu na originalnu scenu ( u CIE 1931 ili CIE 1960 sistemu). Reprodukcija verno prenosi boju ukoliko su hromatske koordinate reprodukovane slike (xi , yi ) i originalne (x 0 , y0) iste (mereno objektivno kolorimetrom). Kolorimetrijsku gre{ku odre|uje razlika ovih koordinata koja ne sme da bude bude ve}a od nekoliko intervala percepcije. 2) Psiholo{ka vernost reprodukovane slike, pri ~emu se vr{i kvalitativna procena promene i luminance i hromati~nosti reprodukovane slike u odnosu na originalnu, kad se ove dve slike porede vizuelno. Ukoliko nema mogu}nosti za vizuelno pore|enje, posmatra~ vr{i svoju procenu reprodukcije po standardima boja iz svakodnevnog `ivota i na osnovu poruke i smisla same scene. Me|utim poruka i smisao scene vrlo ~esto uzrokuju da se reprodukovana slika do`ivljava druk~ije od onog {to se produkcijski (umetni~ki) `eli, pa posmatra~

63

nesvesno pravi gre{ku u proceni. Zato ovakva procena nije prihvatljiva ni za kakva objektivna merenja. Mo`e se desiti da posmatra~ boje sa velikom gre{kom proceni prihvatljivijim od boja koje su kolorimetrijski verne (koje imaju vrlo malu ili uop{te nemaju gre{ku). Zna~i da za vernu reprodukciju boje, kolorimetrijska vernost i nije obavezna, ukoliko je mogu}e ostvariti dopadljiviju i prihvatljiviju percepciju boja . U televiziji se vernost reprodukcije boja vrlo ~esto izra`ava indeksom vernosti boja, za ~ije se odre|ivanje koristi set od osam boja (ozna~enih brojevima 1 do 8), a za objektivniju procenu se koristi jo{ jedan set od 6 sekundarnih referentnih boja (ozna~enih brojevima od 9 do 14). Svaka od ovih boja ima svoj indeks vernosti boje koji se izra~unava prema: Ri = 100 - 4.6 ∆ E’ Ukoliko nema izobli~enja Ri = 100, tj. kad je ∆ E’ = 0. 2.2.2. Uslovi vernog prenosa boja Poglavlja prve glave knjige su pokazala kako se spektralna raspodela snage analizira pomo}u tri komponente, koje predstavljaju boju. Izlaganje koje sledi }e pokazati kako se ove tri komponente (primari) koriste za reprodukciju boje u televiziji. Slika 2.8. je pojednostavljena blok {ema TV sistema (ekvivalentna slici 1.1.). U TV kameri se vr{i konverzija svetlosne pobude u elektri~ni signal, a u TV prijemniku se odvija inverzan proces – konverzija elekri~nog signala u svetlosni. U ovom momentu se predpostavlja da je karakteristika TV prijemnika linearna.

Slika 2.8.

64

TV kamera sadr`iì blok za separaciju svetla (BS) u kome se luminentni fluks scene (F0) deli na tri fluksa FR0, FG0, FB0. Ova tri luminentna fluksa se u senzoru za analizu slike (CT) konvertuju u tri elektri~na signala ER, EG, EB, koji se poja~avaju u videopoja~ava~ima (VA). Na prijemnoj strani se nalazi katodna cev, na ~ijoj se unutra{njoj strani nalaze svetlosni izvori (fosfori), naneti u obliku ta~kica. Grupe od po tri ta~kice razli~itih (R, G, B) boja ~ine celine koje se zovu trijade. Svaka ta~kica Rd , Gd , Bd fosfora se pobu|uje elektri~nim signalom i produkuje tri luminentna fluksa FRd , FGd , FBd . Spektri tri fosfora se sabiraju, a kad se prijemnik gleda sa dovoljno velikog rastojanja, ta~kasta struktura se ne prime}uje. Koordinate boje, reprodukovane na prijemniku, moraju da budu linearno proporcionalne izlaznim signalima kamere. 2.2.3. Standardi primara Fosfori primara prijemnika defini{u, u hromatskom dijagramu, trougao boja koje se mogu reprodukovati. Boje koje se nalaze izvan trougla primara se ne mogu reprodukovati, ili se reprodukuju sa vrlo velikom gre{kom. Zato je potrebno primare odabrati tako da trougao boja zauzima najve}u mogu}u povr{inu. Osim toga mora se obezbediti velika luminanca slike pri maloj snazi zra~enja primara. Postoje}i primari emituju spektar, a ne samo jednu talasnu duì`inu, {to znatno smanjuje opseg reprodukovanih boja, jer su boje manje zasi}ene od spektralnih. U televizijskim sistemima se danas koristi nekoliko razli~itih standarda primara, prikazanih na slici 2.9. U ra~unarskoj tehnici primari i referentno belo nisu definisani, ali treba znati da je R, G, B sliku nemogu}e reprodukovati bez poznavanja njene hromati~nosti.

65

Slika 2.9. 2.2.3.1. NTSC primari NTSC je 1953. godine specificirao set primara koji se koristio u katodnim cievima tada{njih prijemnika. Ovi primari i referentno belo su jo{ uvek dokumentovani u Izve{taju ITU-R 624, mada su se fosfori tokom vremena menjali i razlikuju se od onih koji se navode u knjigama. Tabela 2.2. daje koordinate NTSC primara, bez obzira {to se specificirane vrednosti ne koriste u praksi.

TABELA 2.2.

x y z

R

G

B

0.67 0.33 0

0.21 0.71 0.08

0.14 0.08 0.78

2.2.3.2. EBU primari

Ref. Belo – CIE svetlo C 0.310 0.316 0.374

66

EBU ( European Broadcast Union) je definisao Evropski Standard (ES) fosfora, koji su imali znatno bolje karakteristike od NTSC fosfora. Ovi primari se i danas koriste u sistemu 625/50 i veoma su sli~ni Me|unarodnoj Preporuci 709, koja }e biti kasnije prikazana (poglavljev 2.2.3.4.). Podaci o EBU primarima su dati u tabeli 2.3. TABELA 2.3. R 0.640 0.330 0.030

x y z

G 0.290 0.600 0.110

B 0.150 0.060 0.790

Ref. Belo – D 6 5 0.3127 0.3290 0.3582

2.2.3.3. SMPTE RP 145 primari Smpte RP 145 primari su specificirani za potrebe sistema 525/59.94 kao za televiziju visoke definicije (HDTV- 1125/60 1920x1035), a prikazani su u tabeli 2.4.

TABELA 2.4.

x y z

R 0.630 0.340 0.030

G 0.310 0.595 0.095

B 0.155 0.070 0.775

Ref. Belo – D 6 5 0.3127 0.3290 0.3582

2.2.3.4. Specifikacija primara po Preporuci 709 Me|unarodni standard ITU-R BT.709 ( prethodno CCIR Preporuka 709) je standard Televizije visoke definicije za studio i za me|unarodnu razmenu programa, za ra~unare i ra~unarsku grafiku. Vrednosti primara su date u tabeli 2.5. TABELA 2.5.

x y z

R 0.640 0.330 0.030

G 0.300 0.600 0.100

B 0.150 0.060 0.790

Ref. Belo – CIE svetlo C 0.3127 0.3290 0.3582

67

Svi gore navedeni standardi specificiraju karakteristike monitora, pri ~emu se u praksi moraju uzeti u obzir tolerancije. Treba naglasiti zna~aj Preporuke 709, koja predstavlja standard studijske i me|unarodne razmene programa, standard televizije visoke definicije kao i za TV prijemnik budu}nosti ( ravan ekran ).