Методы измерения МПФ

Видеосигналы vga

Одна из широко распространенных разновидностей компонентного сигнала – формат VGA.

Формат VGA (Video Graphics Array) – это формат видеосигналов, разработанный для вывода на компьютерные мониторы.


По разрешающей способности форматы VGA принято классифицировать в соответствии с разрешением видеокарт персональных компьютеров, формирующих соответствующие видеосигналы:

  • VGA (640х480);
  • SVGA (800х600);
  • XGA (1024х780);
  • SXGA (1280х1024);
  • UXGA (1600×1200).

В каждой паре чисел первое показывает число пикселей по горизонтали, а второе – по вертикали изображения.

Чем выше разрешение, тем меньше размеры светящихся элементов и более качественно изображение на экране. К этому всегда следует стремиться, однако с увеличением разрешения стоимость видеокарт и устройств отображения возрастает.

Видеотехника развивается стремительно, и некоторые компьютерные форматы, такие как MDA, CGA и EGA ушли в прошлое. Например, формат CGA, считавшийся в течение нескольких лет самым распространенным, обеспечивал изображение с разрешением всего лишь 320х200 при четырех цветах!

Самый «слабый» из используемых в настоящее время видео форматов, VGA, появился в 1987 году. Количество градаций каждого цвета в нем увеличено до 64, в результате чего число возможных цветов составило 643=262144, что для компьютерной графики имеет даже более важное значение, чем разрешающая способность.

Назначение контактов разъема VGA приведено в таблице.

КонтактСигналОписание
1. RED Канал R (красный) (75 Ом, 0,7 В)
2. GREEN Канал G (зеленый) (75 Ом, 0,7 В)
3. BLUE Канал B (синий) (75 Ом, 0,7 В)
4. ID2 Идентификационный бит 2
5. GND Земля
6. RGND Земля канала R
7. GGND Земля канала G
8. BGND Земля канала B
9. KEY Нет контакта (ключ)
10. SGND Земля синхронизации
11. ID0 Идентификационный бит 0
12. ID1 or SDA Идентификационный бит 1 или данные DDC
13. HSYNC or CSYNC Строчная H или композитная синхронизация
14. VSYNC Кадровая синхронизация V
15. ID3 or SCL Идентификационный бит 3 или такты DDC

Кроме собственно видеосигналов (R, G, B, H и V) в разъеме (по спецификации VESA) предусмотрены также некоторые дополнительные сигналы.

Канал DDC (Display Data Channel) предназначен для передачи подробного «досье» дисплея процессору, который, ознакомившись с ним, выдает оптимальный для данного дисплея сигнал с нужным разрешением и экранными пропорциями. Такое досье, называемое EDID (Extended Display Identification Data, или подробные идентификационные данные дисплея), представляет собой блок данных со следующими разделами: бренд-нейм, идентификационный номер модели, серийный номер, дата выпуска, размер экрана, поддерживаемые разрешения и собственное разрешение экрана.

Таким образом, из таблицы видно, что если не использовать канал DDC, то сигнал формата VGA представляет собой, по сути дела, компонентный сигнал RGBHV.

В профессиональной аппаратуре вместо кабеля D-Sub с разъемом DB-15 обычно используют кабель с пятью разъемами BNC, что обеспечивает лучшие характеристики линии передачи. Такой кабель лучше согласован с приемником и передатчиком сигнала по импедансу, имеет меньшие перекрестные помехи между каналами, а следовательно лучше подходит для передачи видеосигнала с высоким разрешением (широким спектром сигнала) на большие расстояния.

videosignaly-vga-12.jpg
Кабель VGA с разъемом DB-15videosignaly-vga-13.jpg
Кабель VGA с пятью разъемами BNC

В настоящее время наиболее широко используются устройства отображения с соотношением сторон 4:3: 800×600, 1024×768 и 1400×1050, однако существуют форматы с необычным соотношением сторон: 1152×970 (около 6:5) и 1280×1024 (5:4).

Распространение плоских панелей подталкивает рынок к более широкому использованию широкоэкранных дисплеев с соотношением сторон 16:9 с разрешением 852×480 (плазменные дисплеи), 1280×768 (жидкокристаллические дисплеи), 1366×768 и 920×1080 (плазменные и жидкокристаллические дисплеи).

Требуемая ширина полосы линии связи для передачи сигнала VGA или видеоусилителя определяется как результат произведения количества пикселей по горизонтали на количество строк по вертикали на частоту кадров. Полученный результат следует умножить на коэффициент запаса, равный 1,5.

Ш [Гц] = Гор * Верт * Кадр * 1,5

Частота строчной развертки есть произведение числа строк (или рядов пикселей) на частоту кадров.

Вид сигнала Занимаемый
спектр частот, МГц
Рекомендуемое макс.
расстояние передачи, м
Аналоговый видеосигнал NTSC 4,25 100 (кабель RG-6)
VGA (640×480, 60 Гц) 27,6 50
SVGA (800×600, 60 Гц) 43 30
XGA (1027×768, 60 Гц) 70 15
WXGA (1366×768, 60 Гц) 94 12
UXGA (1600×1200, 60 Гц) 173 5


Таким образом, сигнал UXGA требует полосу пропускания 173 МГц. Это огромная полоса: она простирается от звуковых частот до седьмого телевизионного канала!

Как расшифровывается мпф? значения аббревиатур и сокращений на сайте

Если представленная расшифровка аббревиатуры мпф недостаточна, Вы можете обратиться к ресурсам:

Как удлинить компонентный сигнал

На практике часто возникает необходимость передать видеосигналы на расстояния большие, чем указано в вышеприведенных таблицах. Частичным решением проблемы является использование коаксиальных кабелей высокого качества, с малым омическим сопротивлением, хорошо согласованных с линией, имеющих малый уровень помех. Такие кабели довольно дороги и не дают полного решения проблемы.

Если устройство-приемник сигнала находится на значительном расстоянии, следует использовать специализированное оборудование – так называемые удлинители интерфейса. Устройства этого класса помогают устранить изначальное ограничение на длину линии связи между компьютером и элементами информационной сети.

Если рассматривать пассивную линию (т.е. линию без активного оконечного оборудования), то кабель типа RG-59 способен передать без видимых на экране искажений композитное видео, телевизионный сигнал стандартов PAL или NTSC только на 20-40 м (либо до 50-70 м по кабелю RG-11). Специализированные кабели, например Belden 8281 или Belden 1694A, позволят увеличить дальность передачи примерно на 50%.

Для сигналов VGA, Super-VGA или XGA, полученных с графических плат компьютеров, обычный кабель VGA обеспечивает передачу изображения с разрешением 640×480 на расстояние 5-7 м (а при разрешении 1024×768 и выше такой кабель не должен быть длиннее 3 м.).

Высококачественные промышленные кабели VGA/XGA обеспечивают дальность до 10-15, редко до 30 м. Кроме того, линия связи будет подвержена потерям на высоких частотах (High frequency loss), которые проявляются в снижении яркости до полного исчезновения цвета, ухудшении разрешения и четкости.

Для устранения этой проблемы можно использовать линейный усилитель-корректор, включенный ПЕРЕД длинным кабелем. В нем используется схема компенсации потерь на высоких частотах, именуемая EQ (Cable Equalization, коррекция кабеля) или управление высокочастотной составляющей – HF (High Frequency) control.

Такие линейные усилители позволяют (при использовании кабелей максимального качества) передать сигнал с разрешением до 1600х1200 (60 Гц) на расстояния до 50-70 м (и больше, при меньших разрешениях).

Однако не всегда этого достаточно: иногда нужны большие расстояния, иногда на длинный кабель могут наводиться помехи, с которыми линейный усилитель бороться не может. В этом случае обычный коаксиальный кабель VGA можно заменить на иной, более подходящий носитель.

Передающее устройство такого удлинителя преобразует видеосигналы в дифференциальный симметричный формат, наиболее подходящий для витых пар. На принимающей стороне восстанавливается стандартный видеоформат.

Используется обычный кабель для локальных сетей Ethernet, категории 5 и выше. Для видеосигналов лучше подходит неэкранированный кабель (UTP). За счет дешевизны такого кабеля весь тракт передачи сигнала обычно не удорожается, несмотря на необходимость установки дополнительных приборов.


Данный метод удлинения сигнала VGA хорошо работает на расстояниях до 300 м.

Аналогичные методы можно использовать и для удлинения компонентных сигналов других типов (YUV, RGBS, s-Video), промышленность выпускает соответствующие разновидности приборов.

Заметим, что для передачи компонентного видео YUV обычно хорошо подходят и приборы для сигнала VGA (и это оговаривается в их описаниях), если использовать их каналы R, G, B для передачи каналов Y, U и V (каналы синхронизации H и V можно не использовать). Обычно для этого достаточно использовать кабели-переходники для согласования типа разъемов.

Средой передачи в удлинителях могут также быть оптическое волокно и беспроводный радиоканал. По сравнению с витыми парами, оптоволокно значительно увеличит стоимость, а беспроводная связь не обеспечит достаточной помехозащищенности и надежности, да и получить разрешение на ее использование непросто.

Компонентные видеосигналы

Для достижения максимального качества изображения и создания видеоэффектов в профессиональном оборудовании видеосигнал разделяется на несколько каналов. Например, в системе RGB видеосигнал делится на красный, синий и зеленый компоненты, а также сигнал синхронизации. Такой сигнал еще называют сигналом RGBS, наибольшее распространение он получил в Европе.

В зависимости от способа передачи сигналов синхронизации сигнал RGB имеет несколько разновидностей. Если синхроимпульсы передаются в канале зеленого цвета, то сигнал называют RGsB, а если сигнал синхронизации передается во всех цветовых каналах, то RsGsBs.

Для подключения сигнала RGBS используют кабели с четырьмя разъемами BNC или разъем SCART.

videosignaly-vga-4.jpg
Кабель для видеосигнала RGBS с разъемами BNC.videosignaly-vga-5.jpg
Разъем SCART

Таблица 1. Назначение контактов разъема SCART

КонтактОписание
1. Выход аудио, правый
2. Вход аудио, правый
3. Выход аудио, левый моно
4. Земля для аудио
5. Земля для RGB Blue
6. Вход аудио, левый моно
7. Вход RGB Blue (синий)
8. Вход, переключение режима телевизора, в зависимости от типа телевизора – Audio/RGB/16:9, иногда включение AUX (старые телевизоры)
9. Земля для RGB Green
10. Data 2: Clockpulse Out, только в старых видеомагнитофонах
11. Вход RGB Green (зеленый)
12. Data 1 Выход данных
13. Земля для RGB Red
14. Земля для Data, дистанционное управление, только в старых видеомагнитофонах
15. Вход RGB Red (красный) или вход канала С
16. Вход Blanking Signal, переключение режима телевизора (композит/RGB), «быстрый» сигнал (новые телевизоры)
17. Земля композитного видео
18 Земля Blanking Signal (для контактов 8 или 16)
19. Выход композитного видео
20. Вход композитного видео или канал Y (яркости)
21. Защитный экран (корпус)
Другие сокращения:  Система средств обучения курсу информатики. Программные средства учебного назначения (ПСУН): классификация и тенденции их развития. — КиберПедия

В системе YUV, получившей распространение в США, используют другой набор компонентов: смешанный сигналы яркости и синхронизации, а также красный и синий цветоразностные сигналы. Для каждой компонентной системы требуется свой тип оборудования, каждая обладает своими достоинствами и недостатками.

videosignaly-vga-6.jpg
Компонентый сигнал YUVvideosignaly-vga-7.jpg
Компонентый сигнал формата RGBHV

Путь формирования видеосигнала таков: изображение раскладывается на сигналы трех первичных цветов: красного (Red – R), зеленого (Green – G) и синего (Blue – В) – отсюда и название «RGB», к которым добавляются сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации (HV), а затем превращается в RGB-сигнал с синхроимпульсами в канале зеленого (RGsB), который далее преобразуется в: компонентный (цветоразностный)

сигнал YUV, где Y=0,299R 0,5876G 0,114В; U=R–Y; V= В–Y, преобразуемый затем в сигнал S-Video и композитный видеосигнал. Композитный видеосигнал преобразуется в радиочастотный сигнал, сочетающий аудио- и видеосигналы. Затем он модулируется несущей частотой и превращается в эфирный телесигнал.


На приемной стороне радиочастотный сигнал в результате демодуляции преобразуется в композитный видеосигнал, из которого в свою очередь в результате ряда преобразований получают компоненты RGB и HV.

Компонентный сигнал YPbPr преобразуется в RGB HV в обход многих цепей видеотракта. Разделение цветоразностных сигналов Pb и Pr по отдельным каналам существенно повышает точность передачи фазы цветовой поднесущей, а настройка цветового тона не требуется.

Сигналы телевидения высокой четкости (ТВЧ, HDTV) 720p и 1080i всегда передаются в компонентном формате, ТВЧ в композитном или s-video форматах не существует.

Когда зарождался формат DVD, было решено, что при оцифровке материала для записи на DVD именно компонентный сигнал будет переводиться в цифровой вид, а затем обрабатываться по алгоритму MPEG-2 сжатия видеоданнных. Сигнал RGB на выходе DVD-плеера получается из компонентного сигнала YUV.

Важно отметить различие между соотношением цветовых компонент в RGB и компонентном сигнале формата YUV (YPbPr). В цветовом пространстве RGB относительное содержание (вес) каждой цветовой компоненты одинаково, тогда как в YPbPr оно учитывает спектральную чувствительность человеческого глаза.

Ограничения по расстоянию передачи компонентных разновидностей видеосигнала от источников сигнала к приемникам сведены в таблицу 2 (для сравнения приведены и некоторые цифровые интерфейсы).

Тип сигнала
Полоса пропускания, МГц

Тип кабеля

Расстояние, м
UXGA (компонентный)
HDTV/1080i (компонентный)
170
70
Коаксиальный 75 Ом 5
5-30
Компонентный UXGA (с усилением) 170 Коаксиальный 75 Ом 50-70
Стандарт (цифровой SDI)
HDTV (цифровой SDI)
270
1300
Коаксиальный 75 Ом 50-300
50-80
DVI-D 1500 Витая пара 5
DVI-D (с усилением) 1500 Витая пара 10
IEEE 1394 (Firewire) 400(800) Витая пара 10

Методы измерения мпф

Метод генерации амплитудных масок с постоянными спектрами мощности и их использование для измерения двумерных МПФ оптических систем

Евтихиев Н.Н., Краснов В.В., Стариков С.Н.

Разработан метод генерации амплитудных масок с постоянными спектрами мощности для их использования при измерении двумерных модуляционных передаточных функций оптических систем. Оценена устойчивость спектров масок, полученных разработанным методом, и других видов масок к шумам и геометрическим искажениям, возникающим в процессе регистрации изображений масок матричными фотосенсорами. Проанализированы возможности их использования для измерения двумерных модуляционных передаточных функций оптических систем. С использованием маски, полученной разработанным методом, и корреляционного совмещения растров, проведено измерение двумерной модуляционной передаточной функции цифровой камеры.

Введение

Модуляционная передаточная функция (МПФ) характеризует разрешающую способность оптической системы. Знание МПФ позволяет подбирать оптимальные режимы работы оптических систем. В то время как количество пикселей фотосенсора оптической системы определяет значения наибольших возможных пространственных частот регистрируемых изображений, МПФ определяет величину ослабления каждой пространственной частоты.

Классический способ измерения МПФ электрооптической системы заключается в следующем: тестовый объект, представляющий собой синусоидальную решетку с пространственной частотой u, максимальной и минимальной яркостями Imax и Imin, регистрируется исследуемой электрооптической системой. Максимальные и минимальные значения сигналов пикселей усредненного изображения — Smax и Smin, соответственно. Для нахождения средней МПФ оптической системы необходимо применять усреднение зарегистрированных изображений со случайным сдвигом в пределах размера пикселя фотосенсора. Аналогично определению видности интерференционных полос, глубины модуляции решетки и ее изображения будут равны

Методы измерения МПФ (1)

и

Методы измерения МПФ , (2)

где Mc – глубина модуляции решетки и Mi – глубина модуляции ее изображения.

Тогда значение МПФ электрооптической системы на пространственной частоте u

Методы измерения МПФ . (3)

На вид МПФ оказывает влияние качество оптики, хроматические аберрации, фильтры, форма пикселей фотосенсора, апертура и др. Как правило, приводятся только два ортогональных сечения двумерной МПФ оптической системы, однако, для ряда оптических систем, в том числе систем с синтезированной или кодирующей апертурой, необходимо знание полной двумерной МПФ.

Методы измерения МПФ

Существует несколько методов измерения МПФ. Как описано в статье [1] наиболее распространены три вида масок, используемых для измерения МПФ: решетки, у которых коэффициент пропускания (или отражения) описывается синусоидой некоторой пространственной частоты, решетки, у которых коэффициент пропускания (или отражения) описывается меандром, и маски, содержащие наклонные границы (slanted edge targets) [1].

Маски первого типа обычно содержат наборы решеток, у которых коэффициенты пропускания (или отражения) описываются синусоидами различных пространственных частот. При этом существует два способа определения МПФ. Первый следует из определения МПФ и состоит в измерении глубины модуляции зарегистрированных изображений решеток с различными пространственными частотами, как описано выше. Второй способ заключается в определении величины глубины модуляции непосредственно по амплитуде Фурье-спектра для соответствующей частоты. Использование Фурье анализа повышает устойчивость метода к шумам. К недостаткам метода можно отнести чувствительность метода к качеству таких решеток и сложность их изготовления.

Второй вид масок используемых для измерения МПФ – решетки, у которых коэффициент пропускания (или отражения) описывается меандром некоторой пространственной частоты. Маски такого вида проще в изготовлении, но бесконечность их спектров ведет к возникновению муара, что осложняет прямое измерение МПФ, и приводит к снижению точности.

Третий вид масок — маски, содержащие наклонные границы. Такие маски как правило содержат квадрат с резкими границами, повернутый на малый угол. В этом случае определяется функция рассеяния кромки (edge spread function) из которой уже вычисляется МПФ. В отличие от методов, описанных ранее, этот метод позволяет осуществлять измерение МПФ регистрацией всего одной тестовой сцены, кроме того, здесь не требуется усреднение изображений зарегистрированных с различными значениями субпиксельных сдвигов. Для получения двух ортогональных сечений средней МПФ достаточно усреднить значения МПФ полученные из различных строк или столбцов. Однако этот метод обладает меньшей точностью, чем два предыдущие ввиду сравнительно небольшой области фотосенсора участвующей в измерении.

Существует также метод измерения МПФ основанный на использовании случайных амплитудных масок [2], [3], [4]. Основной принцип данного метода заключается в регистрации случайной маски и последующем анализе спектра ее изображения. Случайные маски генерируется на дискретном растре. Для измерения необходимым условием является точное совмещение растров маски и фотосенсора. Спектр случайной маски представляет собой спектр “белого шума”, средняя энергия спектра по областям частот постоянна для всех частот кроме нулевой, однако имеются значительные локальные флюктуации – среднеквадратическое отклонение (СКО) спектра мощности от среднего значения находится около единицы. Для компенсации этих флюктуаций используется усреднение одномерных спектров строк или столбцов изображения случайной маски. В результате одиночного измерения могут быть получены только два ортогональных сечения МПФ, содержащие значения для всех пространственных частот фотосенсора. Также, в результате использования в измерении существенной области фотосенсора, измерение, осуществляемое этим методом точнее, чем измерение методом наклонных кромок. Кроме того, в случае точного совмещения растров маски и фотосенсора, на получаемую МПФ не оказывает влияния процесс сэмплирования (преобразования непрерывного сигнала в дискретный набор его значений) регистрируемого изображения фотосенсором. Данный метод возник как развитие метода шумовых масок, в котором используются те же принципы, но вместо случайной маски используются картины шумов или спеклов. Основное отличие в том что “естественная” шумовая или спекл-картина не имеет дискретного растра, в результате чего при ее использовании в электрооптической системе ее спектр может иметь частоты выше частоты Найквиста фотосенсора приводя к возникновению муара и искажению спектра получаемого изображения. Метод шумовых масок был предложен в конце 50-х Х. Куботой и Х. Оцу которые использовали структуру из микрокристаллов серебра фотоэмульсии в качестве шумовой маски [5]. Среди первых работ в которых этот метод был применен для растрированных электрооптических систем – работа А. Дениэлса и др. в которой использовалась случайная маска, сгенерированная на компьютере [2]. В работе [3] проведен анализ применимости нескольких различных видов масок для этого метода.

Другие сокращения:  Сонник онлайн. Толкование снов.

В данной работе представлен метод генерации масок с постоянными спектрами мощности (МПСМ) для измерения двумерной МПФ, проведен анализ их устойчивости к геометрическим искажениям и шумам, возникающим в процессе регистрации масок матричными фотосенсорами, а также приводится их сравнение с другими видами МПСМ. Приводятся результаты измерения двумерной МПФ цифровой камеры с использованием МПСМ, полученной разработанным методом.

Date: 2022-07-25; view: 623; Нарушение авторских прав

§

Маски с постоянными спектрами мощности пространственных частот обладают широким кругом применений в различных областях оптики. Впервые разновидность такой маски была создана Фенимором и Кэноном в 1978 году для использования в качестве синтезированной апертуры в рентгенографии [6]. Такие маски называют URA (uniformly redundant array – однородно избыточный массив). URA представляют собой детерминированные бинарные массивы (рис. 1а), размерностями которых могут быть только простые числа. URA обладает высокой однородностью спектров мощности (рис. 1б). Нормированное среднеквадратическое отклонение (СКО) спектра мощности от среднего уровня (без учета нулевой частоты), приведенного на рис. 1б URA, размером 509×509 пикселей, составляет 0,004.

Недостатком URA является низкая устойчивость к искажениям. Для создания масок с постоянными спектрами мощности, обладающих большей устойчивостью к искажениям, был разработан итеративный алгоритм генерации псевдослучайных масок с постоянными спектрами мощности.

Рис. 1. URA маска размером 509×509 пикселей (а) и ее спектр мощности (б)

Подход, используемый в разработанном методе, схож с подходом, реализованным в методе прямого бинарного поиска [8], разработанном для синтеза бинарных голограмм. В отличие от метода прямого бинарного поиска, предложенный метод предназначен для генерации многоградационных масок обладающих постоянными спектрами мощности. Суть разработанного метода заключается в следующем. В начале генерируется стартовая матрица случайных чисел требуемого размера с заданным числом градаций, затем создается случайная карта обхода матрицы для сохранения ее псевдослучайности. Далее, в соответствии с картой обхода, значения пикселей матрицы изменяются таким образом, чтобы минимизировать СКО спектра мощности. Обход всех пикселей матрицы соответствует одной итерации алгоритма.

Методы измерения МПФ

Рис. 2. Зависимость наименьшего достижимого разработанным алгоритмом СКО спектров мощности от числа градаций в масках

Была определена зависимость наименьшего достижимого разработанным алгоритмом СКО спектров мощности от числа градаций m в маске (рис. 2). Эта зависимость была аппроксимирована функцией:

Методы измерения МПФ . (4)

Коэффициент детерминации составил 0,9998. Зависимость получена для шести итераций для масок размером 64×64 пикселя. Для каждого значения числа градаций генерировалось 7 масок, рассчитанные значения СКО их спектров усреднялись. Установлено, что с дальнейшим увеличением размера масок и количества полных итераций, СКО спектров мощности остается на прежнем уровне.

Зависимости СКО спектров мощности масок, полученных разработанным алгоритмом, от количества проделанных операций сложения/умножения для различного числа градаций для масок размером 64×64 пикселя приведены на рис. 3. При расчете зависимостей СКО для каждого значения числа градаций генерировалось 7 масок и рассчитанные значения СКО их спектров усреднялись. Точки на графиках соответствуют проделанным итерациям.

Методы измерения МПФ

Рис. 3. Зависимости СКО спектров мощности масок, полученных разработанным алгоритмом, от количества проделанных операций сложения/умножения для различного числа градаций при размере масок 64×64 пикселя

Для численных и оптических экспериментов разработанным методом за 4 итерации была сгенерирована МПСМ размером 512×512 пикселей с 32 градациями яркости (рис. 4а) и СКО спектра мощности (рис. 4б) равным 0,028.

Таким образом, разработан итеративный алгоритм генерации псевдослучайных масок с постоянными спектрами мощности. Метод позволяет генерировать маски с заданной размерностью и требуемым числом градаций, обладающие нормированным СКО спектра мощности от 0,003 (для 256 градаций при размере масок 64×64 пикселей и более).

Рис. 4. МПСМ размером 512×512 пикселей с 32 градациями яркости (а) и ее спектр мощности (б).

Date: 2022-07-25; view: 207; Нарушение авторских прав

§

Произведена оценка устойчивости спектров масок, полученных разработанным методом, а также URA и случайных масок к шумам и геометрическим искажениям, возникающим при регистрации их изображений матричными фотосенсорами. Поскольку при измерении двумерной МПФ используется амплитуда Фурье-спектра, а не спектр мощности, то при анализе устойчивости спектров рассчитывались СКО амплитуд Фурье-спектров. Так как спектр мощности является квадратом распределения амплитуд Фурье-спектра, то не представляет сложности получить соответствующие значения СКО для спектров мощности.

Геометрические искажения моделировали неточность юстировки схемы при измерении МПФ. Были рассмотрены такие искажения как линейный сдвиг растра регистрируемого изображения маски относительно растра фотосенсора, угловое рассогласование растров и рассогласование растров по масштабу. Для оценки устойчивости спектров к шумам моделировались пространственные и временные световые и темновые шумы четырех реальных камер: измерительной камеры MegaPlus II ES11000, камеры технического зрения PixeLink PL-B781F, бытовой зеркальной камеры Canon EOS 400D работающей в линейном режиме, и камеры наблюдения Watec LCL-902C.

МПСМ, полученная разработанным методом, и случайная маска имели 512×512 пикселей и 32 градации яркости. Маска URA имела 509×509 пикселей и 2 градации яркости. При анализе спектров искаженных масок определись низкочастотные искажения, вносящие непосредственную ошибку в определяемую МПФ, и высокочастотные искажения, устраняемые НЧ фильтрацией спектра при снижении разрешения измеряемой МПФ. Для НЧ фильтрации использовался фильтр с конечной импульсной характеристикой (FIR фильтр) [7] с граничной частотой 0,07 частоты Найквиста. Начальные характеристики распределения амплитуд Фурье-спектров приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики распределения амплитуд Фурье-спектров МПСМ, полученной разработанным методом, URA и случайной масок

Вид маски СКО спектра СКО НЧ составляющей спектра СКО ВЧ составляющей спектра
МПСМ 0,014 0,0008 0,014
Случайная маска 0,523 0,0302 0,522
URA 0,002 0,0001 0,002

Следует отметить, что случайные маски не годятся для прямого измерения двумерной МПФ ввиду высокого СКО их спектров мощности, тем не менее, оценка устойчивости их спектров представляет определенный интерес, кроме того, они играют роль “эталона” устойчивости для других масок.

Была произведена оценка устойчивости масок к линейному сдвигу растра регистрируемого изображения маски относительно растра фотосенсора (рис. 5). При увеличении величины сдвига края спектров масок проседают, достигая нуля при сдвиге в половину пикселя вне зависимости от вида маски. При необходимой точности измерения, например в 5%, линейный сдвиг растра регистрируемого изображения маски относительно растра фотосенсора не должен превышать 0,07 пикселя. При использовании монитора в качестве устройства отображения маски характерный размер пикселя составляет 250 мкм, соответственно в этом случае значение линейного сдвига не должно превышать 18 мкм. Для получения средней МПФ, которая учитывает эффект сэмплирования фотосенсором, возможно произвести усреднение изображений масок, зарегистрированных со случайными значениями субпиксельных сдвигов. В этом случае точное совмещение растров маски и фотосенсора по сдвигу не требуется.

Рис. 5. Зависимости СКО низкочастотной (а) и высокочастотной (б) составляющих спектров от величины линейного сдвига.

Далее производилась оценка устойчивости спектров к угловому рассогласованию растров (рис. 6). Наилучшая устойчивость НЧ составляющей спектра в этом случае наблюдается у случайной маски, на 8% хуже у маски, полученной разработанным методом, и на 33% хуже у URA (в экстремумах). При значениях угла поворота до 0,05° значения СКО НЧ составляющих спектров различных масок практически не различаются. СКО ВЧ составляющей спектра URA при угловом рассогласовании оказывается практически в два раза выше, чем у маски, полученной разработанным методом, превышая таковое для случайной маски.

Рис. 6. Зависимости СКО низкочастотной (а) и высокочастотной (б) составляющих спектров от величины углового рассогласования растров

Для точности измерения в 5% угловое рассогласования растров не должно превышать 0,02°. При грубой оценке МПФ для точности юстировки в пределах одного пикселя, т.е. для поворота в пределах 0,12°, СКО НЧ составляющей спектра маски, полученной разработанным методом, составляет 30%, URA – 37%. СКО ВЧ составляющих спектров при этом – 35% и 58% соответственно.

Была произведена оценка устойчивости масок к рассогласованию растров по масштабу (рис. 7). Наилучшая устойчивость НЧ составляющей спектра к изменению масштаба наблюдается у случайной маски, на 11% хуже у маски, полученной разработанным методом, и на 41% хуже у URA (в экстремумах). В ВЧ области URA также оказываются хуже маски, полученной разработанным методом. Для достижения точности измерения в 5%, рассогласование растров по масштабу не должно превышать 0,0003. Таким образом, при расстоянии от маски до объектива 1 м, отклонение от этого расстояния не должно превышать 0,3 мм. При грубой оценке МПФ для точности юстировки в пределах одного пикселя, т.е. для рассогласования растров по масштабу в пределах 0,002, СКО НЧ составляющей спектра маски, полученной разработанным методом, составляет 35%, URA – 42%. СКО ВЧ составляющих спектров при этом – 42% и 67% соответственно.

Рис. 7. Зависимости СКО низкочастотной (а) и высокочастотной (б) составляющих спектров от величины рассогласования растров по масштабу

Также была произведена оценка устойчивости масок к шумам регистрирующего фотосенсора. Для этого были смоделированы пространственные и временные световые и темновые шумы четырех реальных камер: измерительной камеры MegaPlus II ES11000, камеры технического зрения PixeLink PL-B781F, бытовой зеркальной камеры Canon EOS 400D работающей в линейном режиме, и камеры наблюдения Watec LCL-902C. Зависимости СКО спектров от отношения сигнал/шум фотосенсора приведены на рис. 8.

Рис. 8. Зависимости СКО низкочастотной (а) и высокочастотной (б) составляющих спектров от величины отношения сигнал/шум фотосенсора.

Другие сокращения:  Село Коо

Для камеры с худшим отношением сигнал/шум 72, СКО НЧ и ВЧ составляющих амплитуд Фурье-спектров маски, полученной разработанным методом, и URA возрастают в 2,0 и 7,4 раз соответственно, и не изменяется для случайной маски.

Из результатов проведенных численных экспериментов для масок других размеров, не включенных в текст статьи, следует, что полученные в данном разделе оценки устойчивости спектров применимы для масок размером 64×64 пикселей и более.

Таким образом, как показали численные эксперименты, маски, полученные разработанным методом, обладают большей устойчивостью к геометрическим искажениям и шумам чем URA. При малых искажениях, однако, спектры обеих видов масок ведут себя практически одинаково, в результате чего для точных измерений двумерной МПФ оба вида масок подходят одинаково хорошо. Для достижения требуемой точности совмещения растров маски и фотосенсора целесообразно использовать корреляционный метод. Для грубых же оценок, когда нет возможности осуществить точную субпиксельную юстировку, маска, полученная разработанным методом, предпочтительней URA обеспечивая точность измерений в 35% против 43% у URA и до двух раз меньший уровень ВЧ шумов в спектре.

Date: 2022-07-25; view: 168; Нарушение авторских прав

§

Использованная методика измерения МПФ основана на методе случайной маски [2], [3], [4]. В качестве тестовой сцены использовалась МПСМ, полученная разработанным методом, отображенная на экране ЖК монитора с отключенной гамма-коррекцией. Маска регистрировалась исследуемой камерой таким образом, чтобы одному пикселю маски соответствовал один пиксель камеры. Амплитуда Фурье-спектра изображения маски подвергалась низкочастотной фильтрации для подавления высокочастотных шумов в спектре. Отфильтрованная амплитуда спектра является двумерной МПФ оптической системы.

Описываемым методом было проведено измерение МПФ камеры PixeLink PL-B781F с объективом ВЕГА 2/20 при значении числовой апертуры 1:2. Созданная при помощи разработанного алгоритма МПСМ, использовавшаяся в экспериментах, имеет 512×512 пикселей и 32 градации яркости (рис. 4а). СКО амплитуды ее Фурье-спектра составляет 0,014.

Для достижения необходимой точности, настройка схемы измерения осуществлялась корреляционным методом. Маска, отображавшаяся на экране монитора, регистрировалась камерой, находящейся в режиме потоковой видеосъемки. Изображения с камеры захватывались программой, где осуществлялся расчет взаимной корреляции изображения маски с оригинальной маской в режиме реального времени. По координатам корреляционного пика определялось положение изображения маски на фотосенсоре, по величине пика — точность совмещения растров.

Изображение МПСМ, полученное после юстировки схемы, приведено на рис. 9а. Для минимизации временных шумов камеры использовалось усреднение по 64 снимкам.

Рис. 9. Изображение МПСМ полученное после юстировки схемы измерения (а) и распределение амплитуд его Фурье-спектра (б)

Распределение амплитуд Фурье-спектра изображения МПСМ содержит высокочастотный шум, возникший в результате искажений исходной маски (рис. 9б). Для получения МПФ измеряемой камеры была применена низкочастотная фильтрация. Отфильтрованное распределение амплитуд Фурье-спектра изображения МПСМ является двумерной МПФ исследуемой камеры (рис. 10).

В измеренной двумерной МПФ (рис. 10) наблюдается заметное отличие вертикального (вдоль короткой стороны фотосенсора) и горизонтального (вдоль длинной стороны фотосенсора) сечений, что, вероятно, обусловлено несимметричностью фоточувствительных областей пикселей по этим направлениям.

Методы измерения МПФ

Рис. 10. Экспериментально полученная двумерная МПФ камеры

Заключение

В работе предложен итеративный метод генерации псевдослучайных масок с постоянными спектрами мощности (МПСМ) для их использования при измерении двумерных МПФ оптических систем. Метод позволяет генерировать маски с заданной размерностью и требуемым числом градаций, обладающие нормированным СКО спектра мощности от 0,003. В основе использованного метода измерения МПФ лежит метод случайных масок. Использование МПСМ позволило отказаться от усреднения по строкам/столбцам для получения двумерной МПФ вместо только двух ее ортогональных сечений.

Произведена оценка устойчивости спектров масок, полученных разработанным методом, а также URA и случайных масок к шумам и геометрическим искажениям, возникающим при регистрации их изображений матричными фотосенсорами. Показано что маски, полученные разработанным методом, обладает большей устойчивостью к шумам и геометрическим искажениям, чем URA, практически не уступая случайным маскам, которые, однако, не пригодны для непосредственного измерения двумерной МПФ.

Определена необходимая точность юстировки схемы для измерения двумерной МПФ. Так, например, для измерения МПФ с точностью в 5%, линейный сдвиг растра регистрируемого изображения маски относительно растра фотосенсора не должен превышать 0,07 пикселя, угловое рассогласование растров – не более 0,02°, рассогласование растров по масштабу – в пределах 0,0003. Для достижения необходимой точности настройки схемы целесообразно использовать корреляционный метод совмещения растров.

Осуществлена экспериментальная апробация метода измерения двумерной МПФ оптической системы с использованием маски, полученной при помощи разработанного алгоритма, и корреляционного совмещения растров изображения маски и фотосенсора. Предложенный метод позволяет осуществлять измерение двумерной МПФ оптической системы или производить ее быструю оценку, не требуя при этом специального оборудования.

Список литературы

[1] X. Zhanga, T. Kashtib, D. Kellab, T. Frankb, D. Shakedc, R. Ulichneyd, M. Fischerc, and J. P. Allebacha, “Measuring the Modulation Transfer Function of Image Capture Devices: What Do the Numbers Really Mean?”, Proc. SPIE8293, 829307 (2022).

[2] A. Daniels, G. Boreman, A. Ducharme, and E. Sair, “Random transparency targets for modulation transfer measurement in the visible and infrared regions,” Opt. Eng.34, 860-868 (1995).

[3] B. T. Teipen and D. L. MacFarlane, “Liquid-crystal-display projector-based modulation transfer function measurements of charge-coupled-device video camera systems”, Appl. Opt. 39 (4), 515-525 (2000).

[4] Alicia Fernández-Oliveras, Antonio M. Pozo, Manuel Rubiño, “Comparison of spectacle-lens optical quality by modulation transfer function measurements based on random-dot patterns”, Optical Engineering 49(8), 083603 (2022).

[5] H. Kubota and H. Ohzu, “Method of Response Function by Means of Random Chart,” J. Opt. Soc. Am.47, 666-667 (1957).

[6] E. E. Fenimore, T. M. Cannon, “Coded aperture imaging with uniformly redundant arrays”, Appl. Opt. 17, 337-347 (1978).

[7] Л. Рабинер, Б. Гоулд, “Теория и применение цифровой обработки сигналов”, пер. с англ. А.Л. Зайцева, Э.Г. Назаренко, Н.Н. Тетёкина, под ред. Ю.Н. Александрова, М.: «МИР», 1978, стр. 89-227.

[8] Seldowitz, Michael A; Allebach, Jan P; Sweeney, Donald W, “Synthesis of digital holograms by direct binary search” , Appl. Opt. 26, 2788-2798 (1987)

Date: 2022-07-25; view: 170; Нарушение авторских прав

Мпф | о фабрике | производство

Московская печатная фабрика — филиал АО «Гознак» располагает парком оборудования, позволяющим выполнять полный цикл самых полиграфически сложных работ.

Допечатное производство фабрики оборудовано комплексами компьютерной графики с необходимым программным обеспечением для разработки любых изделий любого уровня защиты и сложности.

Фабрика располагает системами Computer to Plate для цифрового изготовления фотоформ и печатных форм «сырого» и «сухого»
офсета, позволяющими изготавливать печатные формы, отвечающие
самым высоким требованиям по качеству и разрешению для печати
защищенной полиграфической продукции.

В арсенале производства линия гуммирования и обжига печатных форм и уникальные прецизионно-строгальные станки для изготовления оригинальных форм металлографской печати, являющиеся эксклюзивной запатентованной разработкой АО «Гознак».

Допечатное производство фабрики оснащено фрезеровальными станками для изготовления штампов для тиснения фольгой и для конгревного тиснения, а также комплексом гальванического оборудования для изготовления тиражных форм металлографской печати.

Цех офсетной печати Московской печатной фабрики оборудован современными многокрасочными печатными машинами, обладающими до 10-ти печатными секциями, в том числе с переворотом. Это позволяет изготавливать двухсторонние изделия за один прогон.

Печатные машины имеют конфигурацию для печати защищенной продукции с ирисовыми раскатами.

Цех офсетной печати располагает высокопроизводительными машинами высокой печати для печати нумерации и комплексом оборудования для изготовления почтовых марок.

Цех орловской и металлографской печати Московской печатной фабрики оборудован современными машинами орловской печати и металлографской печати.

В арсенале печатников высокопроизводительные машины высокой печати для печати нумерации и трафаретной печати, в т.ч. с возможностью получения специальных защитных эффектов. Цех располагает машинами для двустороннего лакирования, микроперфорации, а также тиснения защитной голографической фольгой с точной приводкой.

Автоматизированные линии цеха книжной продукции, включающие в себя оборудование для листоподборки, склейки и сшивания, тиснения и вырубки, осуществляют полный цикл изготовления документных книжек. Этот цех оборудован
современными листорезальными машинами, располагает оборудованием для тиснения фольгой горячего тиснения, включая голографическую.

Переплетный участок цеха осуществляет ручное изготовления эксклюзивной продукции высочайшего качества.

В Основном центре персонализации, который был создан на Московской печатной фабрике в 2006 году, осуществляется персонализация документов нового поколения с электронным носителем информации.

Центр персонализации оборудован комплексом современного высокотехнологичного оборудования для обработки идентификационных документов.

Цех контроля Московской печатной фабрики обеспечивает высокое качество продукции, отправляемой заказчику. Этот цех оборудован современными машинами для разрезки готовой продукции на экземпляры, комплексом оборудования для резки, обандероливания и упаковки банкнотной продукции.

В цехе контроля оборудованы рабочие места для осуществления листового и экземплярного контроля готовой продукции.

В цехе изготовления красок и валов для печатных машин работает современное колористическое оборудованиея для точного подбора цвета, для изготовления красок всех видов печати, для наращения и шлифовки валов для печатных машин.

Все производственные подразделения фабрики оборудованы системами, обеспечивающими соблюдение режимных требований при производстве защищенной полиграфической продукции.

Оцените статью
Расшифруй.Ру