Zt В В Е Д Е Н И Е Кинематографу принадлежит большая роль в формировании коммунистического мировоззрения трудящихся, нравственном воспитании советских людей. Воспитание человека коммунистического общества Конституция СССР закрепляет как одну из важнейших государственных задач, ХХУ1 съезд КПСС в своем программном документе «Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I1985 годы и на период до 1990 года» поставил перед кинематографистами задачу значительно улучшить качество кинообслуживания населения в самом широком смысле этого понятия, включая проблемы повышения идейно-художественного и технического качества кинофильмов, качества их тиражирования и демонстрирования. Качественный уровень кинопроизведения и эффективность его воздействия на зрителя определяется не только идейно-художественными, но и техническими параметрами. В связи с этим в решении задачи кинообслуживания населения все более важное значение приобретают вопросы дальнейшего укрепления и развития материальнотехнической базы кинематографа, совершенствования используемых технических средств и технологических процессов. Анализ современных тенденций развития систем кинематографа в СССР и за рубежом показывает, что основным видом кинопоказа будет обычная система кинематографа, обеспечивающая отличное качество. К этому необходимо стремиться уже сегодня, непрерывно совершенствуя аппаратуру, исходные материалы и технологию получения массовой фильмокопии. Повышение качества экранного изображения необходимо также вследствие того, что в настоящее время ведутся работы по созданию телевизионных систем, позволяющих получить очень высокое качество изображения, что, несомненно, привлечет значительное количество кинозрителей к телевизионным экранам и еще более снизит посещаемость кинотеатров. Понятие качества экранного изображения включает два аспекта: объективный, характеризующий совокупность физических параметров, и субъективный, зависящий от характеристик воспринимающего органа. Для кинематографической системы звеном, воспринимающим экранное изображение, является зрительный анализатор (ЗА) человека, под которым понимаются все элементы зрительной системы человека, включая соответствующие участки мозга. Совокупность кинематографической системы и ЗА образует сквозную кинематографическую систему. Современная сквозная кинематографическая система позволяет получить лишь удовлетворительное или почти хорошее качество экранного изображения. Поэтому актуальной задачей сегодняшнего дня следует считать разработку научно обоснованных рекомендаций, направленных на повышение качества экранного изображения, улучшение воспроизводящих свойств различных систем кинематографа. Воспроизводящие свойства определяют способность систем создавать изображение, достаточно полно отображающее снимаемый объект. Для их оценки в телевидении применяют fl, 2] линейные, шумовые и нелинейные параметры. Наиболее важными являются линейные и шумовые параметры, позволяющие оценить воспроизводящие свойства системы, обусловливающие резкость изображения, Резкость, наряду с цветои тонопередачей, неустойчивостью и зашумленностью, относится к наиболее значительным параметрам качества и имеет один из самых высоких коэффициентов весомости Б общей квалиметрической оценке, равный 0,3 [з]. Резкость субъективный параметр, характеризующий воспроизведение скачков яркости в изображении и легче всего оцениваемый визуально, при помощи простых элементов изображения: одиночных линий и краев. Поэтому естественным и наглядным представляется измерение резкости путем определения функций рассеяния (ФР). Однако при анализе кинематографических систем такие вычисления могут быть очень трудоемкими. Трудоемко и экспериментальное определение функции рассеяния. Поэтому в исследовании резкостных свойств системы воспроизведения сигнала изображения основное место стали занимать не пространственные, а частотные представления, связанные с понятием функции передачи модуляции (ФШ1). Последние годы характерны тем, что теоретические методы, используемые ранее, главным образом, в радиоэлектронике и теории связи, все глубже проникают в оптику, фотографию и кинематографию. Такие понятия, как импульсное воздействие, импульсная реакция, частотная характеристика и т. д., приобрели для систем передачи оптической информации конкретный физический смысл и успешно используются при анализе преобразования сигналов изображений. Это объясняется тем, что физические процессы, происходящие в радиоэлектронных приборах, близки процессам, проис* В литературе функцию передачи модуляции иногда называют пространственно-частотная характеристика (ПЧХ) или частотноконтрастная характеристика (ЧКХ).ходящим Б оптических, фотографических и кинематографических системах. Основной задачей кинематографической системы является запись и воспроизведение изображения объекта наблюдения. При этом ее звенья с целью обработки сигнала изображения, несущего информацию об объекте съемки, создают последовательность промежуточных изображений. Каждое преобразование связано с потерей информации и приводит к ухудшению резкости экранного изображения, образованного на выходе системы. Рассматривая каждое звено кинематографической системы, как достаточно линейный и пространственно инвариантный фильтр пространственных частот, можно на основе его ФПМ определить величину этого ухудшения, оценить воспроизводящие свойства системы, обусловливающие резкость экранного изображения. Решению этой проблемы служат методы объективной численной оценки ФШЛ. Попытки сделать это одним числом предпринимались многими исследователями, однако предлагаемые количественные критерии [4-б] не имели достаточного физического обоснования, не позволяли однозначно связать объективные характеристики, полученные на основе ФПМ, с субъективно воспринимаемой резкостью изображения. Основной целью диссертационной работы является разработка методов и приборов, позволяющих установить и физически обосновать наличие такой связи, использовав полученные результаты для улучшения резкости экранного изображения. Визуальное восприятие экранного изображения, кроме ФШЛ кинематографической системы, зависит от свойств конечного звена ЗА наблюдателя. Поэтому естественно, что в последних работах [б, по теории кинематографических систем пространственные преобразования изображения рассматриваются с учетом фильтрующего действия ЗА. Учитывая его характеристики, обычно делают ряд допущений, поскольку для условий кинематографа восприятие зрительным анализатором пространственной информации исследовано недостаточно. Это делает необходимым дальнейшее исследование свойств ЗА человека и разработку на основе полученных данных физически обоснованного критерия, который бы учитывал воспроизводящие свойства кинематографической системы и воспринимающую способность ЗА в условиях рассматривания экранного изображения. Разработка такого критерия возможна с применением теории записи и воспроизведения изображений, теории информации и методов психофизики. Его использование позволит провести сравнительный анализ кинематографических систем с целью оптимизации вариантов их построения, прогнозировать свойства вновь создаваемых систем, а также устанавливать допуски на искажения, приводящие к ухудшению резкости экранного изображения. Эти искажения могут быть обусловлены, в частности, смещением (прогибом) киноленты вдоль оптической оси киносъемочного или кинопроекционного объектива, неплотным контактом негатива и позитива при печати. При определенных условиях смещение киноленты приводит к заметному для кинозрителя снижению резкости экранного изображения. Поэтому была поставлена задача определения допустимой величины смещения (прогиба) киноленты вдоль оптической оси объектива для каждого звена сквозного кинематографического процесса. С целью определения путей улучшения резкости экранного изображения, образуемого различными системами кинематографа, в диссертационной работе: 9 1. Рассматриваются методы количественной оценки воспроизводящих свойств систем, определяющих резкость экранного изображения. 2. Проводится обоснование и выбор параметров для исследования. 3. Исследуется ЗА как фильтр пространственных частот. 4. Разрабатывается количественный информационный критерий, устанавливающий однозначную связь между воспроизводящими свойствами сквозной кинематографической системы и субъективной оценкой резкости экранного изображения. 5. Проводится квалиметрическая оценка резкости экранного изображения для линейных изотропных систем кинематографа. Рассматриваются варианты технологической схемы получения фильмокопии и пути ее улучшения. Формулируются требования к кинематографической системе, обеспечивающей «отличное» по резкости экранное изображение. 6. Устанавливается допустимая величина смещения (прогиба) киноленты вдоль оптической оси объектива для каждого звена сквозного кинематографического процесса, не приводящая к заметному кинозрителю ухудшению резкости экранного изображения. 7. Предлагаются конструктивные решения ряда узлов осветительно-проекционной системы кинопроекционного аппарата. На защиту выносятся следующие положения: 1. Применение информационной емкости и информационной плотности записи линейной изотропной кинематографической системы для оценки воспроизводящих свойств, обусловливающих резкость экранного изображения. 2. Использование пороговой контрастной чувствительности ЗА 10 для исследования и оценки зрительного восприятия в условиях рассматривания экранного изображения. 3. Оценки воспроизводящих свойств сквозного кинематографического процесса для различных систем кинематографа и условий рассматривания экранного изображения. Требования к кинематографическим системам, обеспечивающим «отличное» по резкости экранное изображение. 4. Рекомендации по допустимой величине смещения (прогиба) для каждого звена сквозного кинематографического процесса. 5. Новые конструктивные решения узлов осветительно-проекционной системы кинопроектора, обеспечивающие уменьшение прогиба кинокадра при высоких полезных световых потоках, улучшающие резкость экранного изображения. II I. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И АНАЛИЗ ВОСПРОИЗВОДЯЩИХ СВОЙСТВ КИНЕМАТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, ОБУСЛОВЖВАЮЩИХ РЕЗКОСТЬ ЭКРАННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Для анализа сквозную кинематографическую систему можно представить (см. рис. 1.I) в виде последовательности звеньев записи, преобразования, воспроизведения и восприятия информации о снимаемом объекте. Первое звено системы киносъемочный аппарат преобразует поступающий от объекта наблюдения световой сигнал в скрытое фотографическое изображение. В устройстве обработки и печати производится необходимое количество фильмокопий позитивных фотографических изображений. В виде фильмокопии зрительная информация об объекте наблюдения передается во времени и пространстве. Кинопроекционный аппарат воспроизводит полученную фильмокопию на киноэкране в форме экранного изображения. Киноизображение, воспринимаемое зрителем, образуется лишь на выходе кинематографической системы, а внутри системы записываются и преобразуются сигналы изображений (оптических, фотографических и т. п.). Эти преобразования сигнала изображения (именуемого в дальнейшем изображение) носят вспомогательный характер. Процесс образования кинематографического изображения может быть представлен математической зависимостью между характеристиками оптических звеньев, светочувствительных материалов и изо12 /Ш (У1 I OKfte/fma I 1иио I I шофажение I Шьекгт) Запись HuHOCbeowмый аппарат Преоразобанйё ВосгроизбеОвт Эпранное Устроиапбо о *НинОПрОСАfom/vj и neiMnx/ ционныО иифалсенае пленки аппарат Восприятие Зритемныи aHOJujamap Рис.I.I. Структурная схема сквозной кинематографической системы 13 i) бражения. При этом воспроизводимое движущееся черно-белое изображение описывается функцией трех аргументов Z/, (, У где Zi/x яркостьУ у пространственные координаты в плоскости экрана или светочувствительного материалаt время. Для эветного изображения учитывается также оптический спектр излучения EQ (Х) где /1 длина волны света. Анализируя пространственные преобразования изображения, будем считать, что изображение неподвижное, т. е. не зависит от времени, и при неизменном масштабе описывается функцией только двух пространственных координат ж у ваемое функцией Lg (y, i/) функцию входной. В результате записи, преобразования и воспроизведения получаем изображение, описываемое новой функцией Z/v//, Назовем эту функцию и описываемое ею изображение выходными. Для представления системы используют [7] математический оператор У[…] который показывает, как нужно воздействовать на входную функцию, чтобы получить выходную. Таким образом, входная и выходная функции оказываются связанными соотношением: Изображение, описы (рис. 1.1), назовем входны1Л, а саму Lkiv (, yjf[LiAy,)l. Оператор (I.I) полностью описывает кинематографическую систему, поскольку по заданному входному изображению определяет изображение на выходе системы. Задача определения функции LSki*(t, y} облегчается, когда система линейна, а это означает, что для всех входных функций Z cifi Liifi {у, у J выполняется условие суперпозиции и где L8%i ()(, y]- составляющие сигналаn число составляющих сигналаQi постоянный множитель. Выражение (1.2) показывает, что в случае линейности системы функция, описывающая входное изображение, может быть разложено на определенные элементарные функции, облегчающие анализ ее воспроизводящих свойств. В первом приближении можно принять, что кинематографическая система, формирующая и преобразующая изображение, пространственно инвариантна или изопланарна, т. е. свойства ее остаются неизменными по всему полю изображения. При этом нахождение функцииЛ/у/У упрощается, поскольку функциональная форма элементарных объектов разбиения функции Д ()С, у) всегда сохраняется. В современной теории передачи сигнала изображения разработано два способа представления светового поля и соответственно два метода вычисления яркости (освещенности) в изображении, образуемого линейными пространственно инвариантными системами. Первый заключается в том, что предмет рассматривается состоящим из множества светящихся точек световых импульсов, а его изображение является суммой изображений этих элементарных объектов [8. 9]. Второй способ анализа позволяет рассматривать световое поле изображения в виде суперпозиции некоторого числа гармонических составляющих, отличающихся амплитудой, частотой и фазой. При этом процесс образования изображения исследуют в частотном представлении, т. е. как передачу пространственных частот, с исполь15 зованием понятия Ф Ш системы [10−12]. Для изучения структуры светового поля, а также резкостных свойств звеньев кинематографической системы важно использовать рационально и поэлементный, и пространственно-частотный методы анализа. I.I. Анализ кинематографической системы с помощью функций рассеяния и ФПМ Если входное изображение /,/)СуУ (см. рис. 1.2) условно разложить на бесчисленное множество точек, то изображение LSbiyf у) выходе линейного пространственно инвариантного звена кинематографической системы будет определено выражением [7, 12] Llv*kv}ffLg где —/У-Х/у у-У/У (%y)-3Tfx->ioj/-y,)ddi/, импульсная реакция звена системы. (1−3) Данное выражение является двумерной сверткой функции LS%{%yl Т ff/ l/(/J Последнюю функцию называют функцией рассеяния точки (ФРГ) и обозначают BrfK!/) Выражение (1.3) пригодно для анализа преобразований во всех звеньях кинематографической системы. Следовательно, можем написать Llibi%(x, y) LSr (i (, il) i (* Brfyy) — L" Sbii f>,!/JlSb/yfx,!/J &rf, l/Jd) (i.5) где 3f fX/j/) SrfKf/J г/>/УУ" соответственно звеньев записи, преобразования и воспроизведения изображения.16 Вт (х, у) A. y- -(f.fy) ГА. А) ltjxfxy) SSbx (f, fy) Рис.I.2. Характеристики звена-фильтра кинематографической системы 17 Экспериментальное определение ФРТ связано с определенными трудностями, вызванными потребностью использования чрезвычайно чувствительных приборов, поскольку объектом является светящийся предельно малый кружок, а сканирующим элементом диафрагма с отверстием очень малого диаметра [1зЗ Сложность графического представления двумерных ФРТ и их экспериментального определения вынуждает изыскивать пути оценки резкостных свойств системы с помощью одномерных функций. В частности, изотропные системы могут быть полностью оценены одномерными функциями рассеяния линии (ФРЛ) b/if>(} яния края (ФРК) Bi[s (} и функцией рассеВсе эти функции взаимосвязаны bjiMJBrf)(, i/>dy=fBTff)(Jolil. -ОС (1.7) ФРК 5f f)) описывает распределение освещенности (или яркости) в изображении края светящейся полуплоскости. Эту функцию иногда называют краевой, а ее график пограничной кривой [14−1б]. ФРК связано с ФРЛ выражением: X 3/fx) =fBjt (Xi) dXf, (1.8) Поскольку ФРЛ и ФРК одномерны, то их графическое изображение возможно в двумерном пространстве. Кроме того, экспериментальное определение ФРЛ и особенно ФРК значительно удобнее, чем ФРТ, поскольку тест-объектом является светящаяся полоса или светящаяся полуплоскость, а сканирующим элементом щелевая диафрагма. Анализ численных методов оценки пограничной кривой показы18 вает, что наиболее удачно они могут быть применены для оценки резкости однозвенных фотографических и оптических систем. При этом выбор того или иного параметра пограничной кривой необходимо производить с учетом области применения и конкретной задачи, для решения которой предназначено данное звено системы. Видимая простота и ясность оценки резкости по воспроизведению края полуплоскости делает ее во многом привлекательной. Поэтому в разных вариантах предложения определять резкость при помощи ФРК делались неоднократно [16−18]. Использование ФРК, а особенно ФРТ и ФРЛ, существенно усложняется при оценке многозвенных систем, подобных кинематографическим. Это объясняется тем, что аналитическое и инструментальное определение параметров последовательности функций рассеяния требует громоздких математических вычислений свертки функций и весьма сложной аппаратуры, результаты измерений на которой получаются менее надежными, хуже воспроизводимыми при повторных испытаниях, чем определение ФШ! В последнем случае объект представляется в виде суммы гармонических составляющих, отличающихся амплитудой, частотой и фазой. ФПМ показывает, с какими изменениями по амплитуде система передает гармонический сигнал различной пространственной частоты. Для двумерного сигнала свойства звена-фильтра (см. рис. 1.2) кинематографической системы могут быть оценены двумерной ФПМ, определяемой при помощи двумерного преобразования Фурье функции 3 r l 2 19]. Обозначим i/y/Уу,/УУ И S/i/yf/y/J (где и пространственные частоты вдоль осей ние Фурье функций//,/х-уУ И ///Х/>У и у преобразоваТогда в соответствии с выражением (1.3) и теоремой двумерной свертки [12] можно записать: 19 /./v fh /yJ IA /y) A hJ. (I где */x/,/y спектр входной функции, S//y/y/yJ спектр выходной функции. Применяя обратное преобразование Фурье, возможно на любой ступени процесса от спектра перейти к соответствующей функции: А /уУ /г Л С1. П) Как отмечалось выше, ФРЛ, ФРК, так же как и ФРГ, полностью оценивают воспроизводящие свойства изотропной системы, следовательно, такие системы достаточно полно будут оценены одномерной ФПМ (/J: /J вм (1 еур i2rjx) dx. (1.13) ФПМ определяют как функцию передачи контраста изображения одномерного гармонического тест-объекта с контрастом Т=1 от пространственной частоты Поскольку ФПМ связано преобразованием Фурье с функциями рассеяния, то кинематографическая система и ее звенья полностью характеризуются любым из этих параметров. Поэтому безразлично, какой из них выбран для оценки воспроизводящих свойств системы. Для практических расчетов предпочтение отдают ФШД, поскольку воспроизводящие свойства последовательно соединенных звеньев в данном случае определяются более простой операцией перемножения ФПМ. 20 Применение ФШ! для оценки воспроизводящих свойств кинематографической системы, обусловливающих резкость экранного изображения, рассмотрено в работах А. Т. Ащеулова [llj, И. Б. Блюмберга [4, 20], Д. С. Волосова [2l], В. В. Раковского [б], В. Г. Комара [з], О. Ф. Гребенникова и др. При этом в соответствии со структурной схемой (рис. 1.1) ФПМ кинематографической системы определяется из выражения [7j: vTifisf/J У 4nffj ч11() соответственно одномерные ФПМ звеньев записи, преобразования и воспроизведения изображенияпространственная частота, приведенная к поверхности фильмоС учетом ФПМ каждого элемента, ФШ! системы, до фильмокопии включительно будет равна произведению: копии. fgnf/) — «» f f/) V f/J- /cSl r/), (I.I5) где co (f) съемочного объективаНнп fp ФПМ негативной кинопленкиНпппи} ФПМ копировального аппарата, используемого для печати промежуточного позитивапппfj ФПМ позитивной кинопленки- /ffef/9/ ФШЛ копировального аппарата, используемого для печати контратипаhlgnfJ ФПМ дубль-негативной кинопленкиНппср f-fj ФПМ копировального аппарата, используемого для печати фильмокопии- /i/pp f/) ФПМ позитивной кинопленкиHcgif{) Ф М сдвига киноленты при экспонировании в киносъемочном аппарате и в процессе копирования. Для нахождения ФПМ IJf-/) системы до экрана включительно учитывается также ФПМ Нпо f-fj кинопроекционного объектива и ФПМ 1finjif-f)Т кинофильма в кадровом окне кинопроектора:
ВЫВОДЫ.
1. Анализ спектра процесса смещения киноленты вдоль оптической оси объектива показал, что периодическое изменение резкости экранного изображения вызывается гармониками с частотой V =8+12 Гц, а статическая нерезкость — гармониками с V > 18*20 Гц.
2. Измерения, проведенные на реальных аппаратах, и субъективные пороговые оценки заметности изменения резкости экранного.
Рис, 4.35. Термопара для измерения температуры по полю кинокадра и графики изменения температуры в пяти точках по диагонали кадрового окна (FnoJ =?0000 лм): I — система воздушного охлаждения, равная по эффективности системе водяного охлаждения кинопроектора 23К1Ш- 2 — дополнительное охлаждение, вызванное обдувом обтюратора зоны кадрового окна- 3 — влияние блендыV/ скорость охлаждающего потока воздуха, необходимая для создания аналогичных температурных условий.
Л Лу, мм.
44. 0,3. 0,2.
V-1——i—-—г—1——1−1—1—-1−1—1−1 ' ' «'ж.
1 2. } 4 f 6 7 S 9 tO Н 12 f3 * ю3.
Рис. 4.36. Весовой вклад в уменьшение среднеквадратического значения амплитуды прогиба кинокадра разработанных элементов конструкции осветительно-проекционной системы кинопроектора 23КПК: I — исходное значение амплитуды смещения при прямолинейном фильмовом канале- 2 — криволинейный фильмовый канал- 3 — установлен обтюратор, осуществляющий обдув зоны кадрового окна;
4 — применена плоская бленда изображения позволили определить допустимую среднеквадратиче-скую амплитуду смещения киноленты вдоль оптической оси объектива относительно плоскости наилучшей наводки с учетом весового вклада каждого звена сквозного кинематографического процесса.
3. Полученные информационные оценки позволили обосновать допустимую величину смещения киноленты вдоль оптической оси объектива.
Для киносъёмочной камеры и кинокопировального процесса амплитуда смещения кинопленки вдоль оптической оси объектива невелика и по характеру изменения приближается к случайному (квазипериодическому) закону.
5. Наибольший весовой вклад в суммарную величину смещения киноленты вдоль оптической оси объектива вносит кинопроекционный аппарат. Воздействие его лучистого потока на кинофильм приводит к периодической термоупругой деформации, определяющий величину прогиба проецируемого кинокадра в кадровом окне.
6. Для большинства кинопроекционных аппаратов, работающих при номинальных полезных световых потоках, реальная величина прогиба кинокадра ниже допустимой, что позволяет для 35- и 16-мм ситем при обычной кинопроекции несколько увеличить относительное отверстие кинопроекционного объектива, а следовательно и полезный световой поток. При кинопроекции 16-мм фильмокопии в залах для показа 35-мм кинофильмов (с увеличением в 2,1х бо’лыиим, чем при обычной кинопроекции), относительное отверстие кинопроекционных объективов должно быть уменьшено в 1,5−2 раза.
7. При высоких полезных световых потоках { Fh0Jl> 10 000 лм) целесообразно применять криволинейные фильмовые каналы с оптимальным радиусом кривизны RcpH =220*250 мм, осуществляющие «фильтрацию» низкочастотных составляющих спектра процесса смещения и уменьшающих тем самым амплитуду прогиба киноленты вдоль оптической оси объектива.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Результаты выполненной работы показали, что в современном кинематографе имеется сравнительное низкое качество экранного изображения. Квалиметрическая оценка его наиболее весомого параметра — резкости — для большинства изотропных 70-мм и 35-мм систем кинематографа не превышает 3,2−3,9 балла, а для 16-мм -2−2,5 балла. Вследствие этого необходимо повышение качества экранного изображения, улучшение воспроизводящих свойств систем, обусловливающих его резкость.
Выполнение указанной задачи осуществимо только при комплексном подходе к повышению качества кинопленок, киноаппаратуры и условий кинопоказа. Для решения этой задачи разработана методика численной оценки резкости экранного изображения в сквозном кинематографическом процессе, позволяющая научно обосновать область использования систем кинематографа, определить наиболее слабые звенья, изыскать пути улучшения воспроизводящих свойств кинематографических систем. С этой целью в диссертации:
— рассмотрены численные критерии оценки ФПМ;
— теоретически доказана и на конкретных примерах показана возможность учета с помощью информационных критериев «информационная емкость» и «информационная плотность записи» функциональной формы ФПМ и получения количественных оценок, характеризующих ФПМ одним числом;
— для оценки воспроизводящих свойств кинематографической системы с учетом ЗА разработано специальное проекционное устройство и в условиях рассматривания экранного изображение получены ФПМ ЗА и кривые пороговой контрастной чувствительности ЗА, численно характеризующие его как фильтр пространственных частот;
— доказана линейность ЗА как фильтра пространственных частот, при /с > 10мм~^;
— предложена методика совместной оценки ФПМ кинематографической системы до экрана включительно и кривой пороговой контрастной чувствительности ЗА;
— разработан физически обоснованный информационный количественный критерий «максимальная информационная плотность записи» («максимальная плотность энтропии») ffpg сквозной кинематографической системы, позволяющий при совместном рассмотрении оценить ФПМ кинематографической системы и пороговую контрастную чувствительность ЗА одним числом;
— установлена линейная связь между значениями Hpz и резкостью экранного изображения на шкале отношенийразработан алгоритм вычисления квалиметрических оценок;
— доказано, что благодаря процессу обмена между резкостью и четкостью, максимальная плотность энтропии сквозной кинематографической системы однозначно численно характеризует резкост-ные свойства экранного изображения при любой реальной форме ФПМ (1,1 ^Г) ^ 2,5) для всей длины зрительного зала $ =1,25*5 Шэ);
— определено, что системы, обеспечивающие одинаковую резкость, но имеющие выпуклую форму ФПМ (П 2), могут быть охарактеризованы как '" жесткорисующие", с вогнутой формой ФПМ П < 1,5) — как «мягкорисующие» ;
— разработан прибор и проведены измерения смещения (прогиба) киноленты вдоль оптической оси объектива в киносъемочных, кинопроекционных аппаратах и в процессе копирования;
— на основе субъективных измерений заметности изменения резкости экранного изображения определена допустимая средне-квадратическая амплитуда смещения (прогиба) киноленты в сквозном кинематографическом процессе;
— показано, что допустимая величина изменения резкости экранного изображения количественно обусловливается значением минимальной плотности энтропии, определяемой для сквозной кинематографической системы" в полосе разрешаемых пространственных частот;
— для каждого звена кинематографической системы допустимая величина смещения киноленты вдоль оптической оси объектива найдена с учетом весового вклада звена, измерениями показано, что наибольший вклад в процесс смещения вносит кинопроекционный аппарат;
— предложены конструктивные решения ряда узлов осветитель-но-проекционных систем кинопроекционных аппаратов, позволяющие уменьшить величину прогиба кинокадра, и благодаря внедрению осветителей с горизонтальной ксеноновой лампой повысить полезный световой поток кинопроектора 23КПК до 10 000−12 000 лм.
На основении проведенных исследований разработаны рекомендации, направленные на улучшение резкости экранного изображения. Получены следующие основные теоретические и практические результаты:
I. Для получения «отличного» по резкости экранного изображения максимальная плотность энтропии, обеспечиваемая сквозной кинематографической системой, должна составлять 4,6*I (Afr 4 ?
4,7*10 нат.ед./ммс — при кинопроекции цветного изображения, S^'IO^S^'IO71- нат.ед./мм^ - при кинопроекции черно-белого изображения.
2. Использование в технологическом процессе получения фильмокопии звеньев, обеспечивающих максимальную информационную плотность записи в системе, позволяет улучшить резкость экранного изображения на 0,3−0,5 балла даже при существующей номенклатуре кинопленок и киноаппаратуры. Сокращенная технологическая схема получения фильмокопии (печать с оригинального негатива) повышает резкость экранного изображения на 0,7−1,0 балл.
3. 16-мм система кинематографа при кинопоказе в залах для 35-мм кинопроекции позволяет получить сравнимое по резкости экранное изображение только в случае использования сокращенной технологической схемы получения фильмокопии и лучших образцов кинопленок и аппаратуры.
4. Допустимая среднеквадратическая амплитуда смещения (прогиба) киноленты, не приводящая к заметному зрителю снижению резкости экранного изображения при кинопроекции массовой фильмокопии, составляет: а) для 70- и 35-мм системы кинематографа: киносъемочный аппарат .0,025 мм, кинокопировальный процесс .0,03 мм, кинопроекционный аппарат .0,35 ммб) для 16-мм системы кинематографа: киносъемочный аппарат .0,025 мм, кинокопировальный процесс .0,03 мм, кинопроекционный аппарат .0,22 мм.
5. Для большинства кинопроекционных аппаратов при номинальных световых потоках осветителей величина смещения (прогиба) кинокадра меньше допустимой, что позволяет для 70- и 35-мм систем при обычной кинопроекции увеличить относительное отверстие кинопроекционных объективов до значений 1:1,6- 1:1,8, для 16-мм системы до 1:1,1. При кинопроекции 16-мм фильмокопии в залах для показа 35-мм кинофильмов (увеличение в 2,1х больше, чем при обычной кинопроекции) рекомендуемое относительное отверстие кинопроекционного объектива 1:2.
6. При высоких полезных световых потоках (Fnms 10 000 лм) необходимо применение фильмового канала с уменьшенным радиусом кривизны (R.
Научные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы. В результате выполненных исследований:
— разработаны методики расчета информационной емкости и информационной плотности записи изотропных линейных кинематографических систем;
— впервые определена нороговая контрастная чувствительность ЗА и ФПМ ЗА в условиях рассматривания экранного изображения. Изучена возможность совместного рассмотрения ФПМ кинематографической системы до экрана включительно и кривой пороговой контрастной чувствительности ЗА;
— разработана и экспериментально проверена возможность получения на их основе физически обоснованного численного критерия, однозначно оценивающего резкость экранного изображения в зависимости от функциональной формы ФПМ;
— с помощью предложенного критерия «максимальная плотность энтропии» сквозной кинематографической системы получены квали-метрические оценки и сформулированы требования к кинематографическим системам с различным форматом кинокадра, обеспечивающим «отличное» по резкости экранное изображение;
— предложена методика определения допустимого изменения резкости экранного изображения и с ее помощью обоснована допустимая величина смещения (прогиба) киноленты вдоль оптической оси объектива для каждого звена сквозного кинематографического процесса.
Практическая ценность диссертации заключается в:
— определении конкретных рекомендаций по улучшению резкости экранного изображения, что дает возможность сформулировать требования к создаваемым кинематографическим системам, сопоставить новые технологические схемы получения фильмокопии с существующими;
— создании проекционных устройств и приборов, позволяющих определять характеристики ЗА в условиях кинематографа, его разностную (дифференциальную) и абсолютную пороговую контрастную чувствительность, способность наблюдателя замечать изменение резкости экранного изображения;
— разработке измерительной фотоголовки, позволяющей определять смещение киноленты вдоль оптической оси объектива для киносъемочного, кинокопировального и кинопроекционного аппаратов, служить для контроля по этому параметру при выпуске аппаратуры на заводах-изготовителях;
— использовании полученных результатов в учебном процессе на факультете киноаппаратуры Ленинградского института киноинженеров.
Технико-экономическая эффективность выполненных исследований вытекает из использования методов математического моделирования для исследования резкостных свойств кинематографических систем, позволяющих в короткий срок без макетирования и с наименьшими затратами на реализацию определять оптимальные параметры систем.
Сформулированные рекомендации и внедренные комплекты приборов для измерения смещения киноленты вдоль оптической оси объектива обеспечили исключение брака по дефекту «дыхание» резкости экранного изображения для ряда образцов выпускаемой киносъемочной и кинопроекционной аппаратуры, что дало экономический эффект около 40 тыс. рублей в год.
Реализация результатов подтверждена соответствующими актами о внедрении.
Рекомендации по совершенствованию технологической схемы получения фильмокопии были использованы в цехе обработки кинопленки киностудии «Ленфильм» и отрабатывались при съемке сюжета под названием «Двухперфорационный кинокадр» .
Рекомендации по допустимой величине смещения киноленты вдоль оптической оси объектива внедрены в «Технические требования на унифицированный ряд киносъемочных аппаратов для профессионального кинематографа», утвержденные техническим советом Госкино СССР в качестве основных требований к разрабатываемой профессиональной киносъемочной аппаратуре. Указанные рекомендации использованы Московским конструкторским бюро киноаппаратуры при создании профессиональной киносъемочной аппаратуры по заказам Госкино СССР.
Данные о допустимой величине смещения киноленты вдоль оптической оси кинопроекционного объектива использованы Одесским конструкторским бюро киноаппаратуры для оптимизации параметров осветительно-проекционной системы новой модели кинопроекционного аппарата 35-КСА.
На Ленинградском оптико-механическом объединении им. В. И. Ленина были изготовлены опытные образцы приборов, предназначенных для измерения величины смещения (прогиба) кинокадра вдоль оптической оси кинопроекционного объектива. Указанные приборы используются в ОТК объединения для проверки кинопроекционных аппаратов по дефекту «дыхание» резкости.
Внедрение указанных приборов позволило исследовать причины этого вида брака в выпускаемой объединением стационарной кинопроекционной аппаратуре типа 23КПК, что дало возможность выработать рекомендации по внедрению для этого типа аппаратуры новых образцов осветителей с горизонтальной ксеноновой лампой.
На Ленинградском киномеханическом заводе внедрены конкретные конструктивные решения ряда узлов осветительно-проекционной системы кинопроектора 23КПК. С целью уменьшения прогиба кинокадра при высоких полезных световых потоках (Рпм =10 000 лм) разработана конструкция криволинейного фильмового канала с уменьшенным радиусом кривизны, предложена система охлаждения проецируемой фильмокопии, включающая в себя обтюратор, осуществляющий обдув зоны кадрового окна и плоскую бленду.
Материалы диссертационной работы используются в курсах «Основы записи и воспроизведения изображений», «Физические основы кинотехники», «Кинопроекционная аппаратура и ее эксплуатация» .