Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра Телевидение и управление (ТУ) ИЗМЕРЕНИЯ В ВИДЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ Реферат по дисциплине «Метрология и технические измерения» Студент 112: _____М.Д. Путинцев «___» «________» 2023 г. Руководитель: Доцент кафедры КСУП ___________«__» _____В.Ф.Отчалко (оценка) «___» «________» 2024 г. Томск 2024 Введение Видеоинформационные технологии (ВИТ) играют важную роль в современном обществе, развлечений до охватывая профессиональных широкий спектр областей, таких применений, как от медицина, безопасность и промышленность. Качество и эффективность этих технологий зависят от точности измерений различных характеристик. В данном реферате будут рассмотрены классификация измерений в ВИТ, основные характеристики, методы их измерения, а также три современных прибора с их техническими характеристиками. 2 1 Классификация измерений в видеоинформационных технологиях 1. Пространственные измерения включают в себя определение координат объектов в кадре, размеры объектов и дистанцию между объектами. Они важны для приложений, таких как 3D-моделирование, дополненная реальность и системы безопасности. Методы пространственных измерений варьируются от использования стереокамер до лазерных дальномеров и систем на основе машинного зрения. Точность этих измерений влияет на реалистичность и точность отображения трехмерных объектов и сцен. 2. Временные измерения касаются анализа временных интервалов и синхронизации событий. Это критически важно для видеокодирования, передачи данных и синхронизации аудио- и видеосигналов. Временные измерения включают частоту кадров (FPS), задержку сигнала и временные метки. Использование высокоскоростных камер и систем временной корреляции позволяет достичь высокой точности этих измерений. 3. Колориметрические измерения включают в себя анализ цвета, яркости и контрастности изображения. Они важны для обеспечения качества изображения в телевизионных и киноиндустриях, а также в системах цветокоррекции и компьютерной графики. Колориметрические измерения требуют использования спектрофотометров и колориметров для оценки цветовых характеристик и калибровки экранов и проекторов. 4. Фотометрические измерения охватывают анализ освещенности, светового потока и светимости. Эти параметры важны для настройки осветительных систем в студиях и при съемке. Фотометрические измерения включают использование люксметров и фотометров для оценки освещения сцен и контроля качества осветительных приборов. 5. Радиометрические измерения включают в себя оценку энергии излучения в различных диапазонах спектра, что важно для инфракрасных камер и систем ночного видения. Радиометрические измерения требуют 3 использования радиометров и тепловизоров для анализа теплового излучения объектов. 6. Спектральные измерения связаны с анализом спектрального состава света и излучения. Это важно для приложений, таких как дистанционное зондирование и спектральный анализ. Спектрометры и спектр радиометры используются для измерения спектральных характеристик источников света и поверхностей. 4 2 Измерения характеристик и методы их измерения 1. Пространственное разрешение определяет, насколько мелкие детали можно различить в изображении. Метод измерения включает использование тестовых таблиц с различными уровнями детализации и анализ результатов с помощью оптических приборов. Пространственное разрешение можно оценить с использованием таких тестов, как USAF 1951 Resolution Test Chart, которые позволяют определить минимальные различимые элементы изображения. 2. Частота кадров измеряет количество кадров, отображаемых в секунду, и влияет на плавность видео. Метод измерения включает использование оборудования специализированного для анализа видео. программного обеспечения Высокоскоростные камеры и могут записывать видео с высокой частотой кадров, что позволяет детально анализировать быстро происходящие события, такие как спортивные соревнования или промышленные процессы. 3. Яркость и контрастность определяют общее восприятие изображения. Измерения проводятся с использованием люксметров и спектрофотометров для точного анализа световых характеристик. Яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м²), а контрастность оценивается как отношение яркости светлых и темных областей изображения. 4. Цветопередача анализирует, насколько точно цвета на экране соответствуют реальным. Используются колориметры и спектрофотометры для сравнения цветов с эталонными значениями. Параметры цветопередачи включают цветовую температуру, цветовой охват и индекс цветопередачи (CRI), который оценивает точность передачи цветов. 5. Цветовая температура измеряется в кельвинах (K) и характеризует спектральный состав источника света. Метод измерения включает использование спектрофотометров и колориметров для определения цветовой 5 температуры источников света. Например, цветовая температура лампы накаливания составляет около 2700K, а дневного света – около 6500K. 6. Динамический диапазон определяет разницу между самой светлой и самой темной частями изображения. Метод измерения включает использование тестовых таблиц и программного обеспечения для анализа изображений. Динамический диапазон измеряется в децибелах (дБ) и влияет на способность системы отображать детали в тенях и светах. 7. сигнала Задержка сигнала измеряет время, которое требуется для передачи от источника до приемника. Метод измерения включает использование осциллографов и специализированного оборудования для анализа временных задержек. Низкая задержка важна для приложений реального времени, таких как видеоконференции и онлайн-игры. 8. Стабильность изображения включает в себя анализ дрожания и смещения изображения, которые могут возникать из-за вибраций или нестабильности камеры. Метод измерения включает использование виброметров и систем стабилизации изображения для оценки устойчивости. 6 3 Современные приборы для измерения характеристик 1.Спектрофотометр X-Rite i1Pro 3 используется для точного измерения цвета и световых характеристик. Технические характеристики: - Диапазон длины волны: 380-730 нм - Точность: ±0,3% - Интерфейс: USB 3.0 - Время измерения: менее 1 секунды на одно измерение X-Rite i1Pro 3 является высокоточным устройством, используемым для калибровки мониторов, проекторов и печатных устройств. Он позволяет добиться точного соответствия цветов на различных устройствах, что критически важно для профессионалов в области графического дизайна и фотографии. 2.Анализатор видео Tektronix WFM8300 используется для измерения и анализа видеосигналов. **Технические характеристики:** - Разрешение: до 4K UHD - Частота дискретизации: 12 бит - Поддерживаемые форматы: SD, HD, 3G-SDI, 4K - Интерфейс: HDMI, SDI Tektronix WFM8300 предоставляет широкий спектр функций для анализа качества видео, включая измерение уровня сигнала, цветопередачи, шумов и других параметров. Это устройство используется в телевизионных студиях и центрах вещания для обеспечения высокого качества трансляций. 3.Люксметр Minolta CL-500A применяется для измерения освещенности и цветовой температуры в студиях и на съемочных площадках. Технические характеристики: - Диапазон измерения: 1-100,000 люкс - Точность: ±2% 7 - Спектральный диапазон: 360-780 нм - Интерфейс: USB 2.0 Minolta CL-500A является портативным и высокоточным прибором, который используется для оценки качества освещения на съемочных площадках и в студиях. Он позволяет измерять освещенность, цветовую температуру и индекс цветопередачи, что важно для создания качественных визуальных материалов. 8 4 Применение измерительных приборов в различных областях 1. В телевизионных и киностудиях точные измерения характеристик изображения играют критически важную роль для обеспечения высокого качества видеоматериалов. Использование спектрофотометров, колориметров и анализаторов видео позволяет достигнуть точного соответствия цветов, правильной экспозиции и стабилизации изображения. Например, при съемке художественных фильмов важно обеспечить, чтобы каждый кадр был равномерно освещен и передавал задуманный режиссером визуальный эффект. 2. В медицине видеоинформационные технологии используются для диагностики и лечения различных заболеваний. Высокая точность измерений позволяет получить четкие и достоверные изображения органов и тканей, что важно для постановки правильного диагноза. Приборы для измерения характеристик изображения, такие как люксметры и спектрофотометры, используются для настройки медицинского оборудования и обеспечения его правильной работы. 3. Системы видеонаблюдения требуют точных измерений для обеспечения высокого качества изображения и надежности работы. Пространственные и временные измерения позволяют определить точные координаты объектов и синхронизировать видеопотоки с другими системами безопасности. Анализаторы видео и камеры с высоким разрешением обеспечивают четкость и детализацию изображений, что важно для идентификации объектов и лиц. 4. Виртуальная и дополненная реальность (VR и AR) требуют высокоточных измерений для создания реалистичных и интерактивных сред. Пространственные измерения позволяют точно определить положение и движение объектов в виртуальном пространстве. Колориметрические и фотометрические измерения обеспечивают правильную цветопередачу и 9 освещение виртуальных объектов, что повышает реализм и иммерсивность пользовательского опыта. 5. В используются промышленности для контроля видеоинформационные качества продукции и технологии автоматизации производственных процессов. Высокоточные измерения позволяют выявлять дефекты и отклонения в производственных линиях. Спектрометры и анализаторы видео используются для проверки цвета, формы и размеров изделий, что важно для обеспечения высокого качества продукции. 10 5 Перспективы развития измерительных технологий 1. Развитие искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения открывает новые возможности для автоматизации измерительных процессов в видеоинформационных технологиях. ИИ может использоваться для анализа изображений и видео в реальном времени, выявления аномалий и автоматической настройки оборудования. Это позволит сократить время и затраты на проведение измерений, а также повысить точность и надежность результатов. 2. Интеграция видеоинформационных технологий с Интернетом вещей (IoT) позволяет создавать умные системы, которые могут обмениваться данными и управляться удаленно. Например, камеры видеонаблюдения могут быть подключены к сети IoT, что позволит централизованно контролировать и управлять их настройками. Это также откроет возможности для создания новых приложений, таких как умные города и интеллектуальные транспортные системы. 3. С развитием технологий видеокамеры становятся способными записывать видео с все более высоким разрешением и частотой кадров. Это требует разработки новых методов измерений, которые смогут обеспечивать точность и надежность при работе с огромными объемами данных. Высокое разрешение и частота кадров позволяют создавать более реалистичные и детализированные изображения, что открывает новые возможности для использования видеоинформационных технологий. 4. Современные спектральные технологии позволяют проводить более точные и детализированные измерения цветовых и световых характеристик. Разработка новых спектрометров и спектрофотометров с высоким разрешением и чувствительностью откроет новые возможности для анализа и калибровки видеоинформационных систем. Это позволит улучшить качество изображения и точность цветопередачи в различных приложениях. 11 Заключение Измерения в видеоинформационных технологиях являются критически важными для обеспечения высокого качества изображений и видео. В данной работе рассмотрены основные классификации измерений, методы измерения различных характеристик, а также современные приборы, используемые для этих целей. Точное и надежное измерение параметров позволяет улучшить как профессиональные, так и потребительские видеоинформационные системы, обеспечивая высокое качество и стабильность работы. Перспективы развития измерительных технологий открывают новые возможности для автоматизации, повышения точности и интеграции с современными системами, что позволит создавать более эффективные и качественные видеоинформационные продукты. 12 Список используемых источников 1. Борисов, В. В. "Методы и средства измерений в видеоинформационных технологиях." Издательство: Наука, 2020. 2. Кузнецов, А. А. "Основы колориметрии и фотометрии." Издательство: Техносфера, 2019. 3. Tektronix. "WFM8300 Waveform Monitor." Доступ: www.tek.com. 4. X-Rite. "i1Pro 3 Spectrophotometer." Доступ: www.xrite.com. 5. Minolta. "CL-500A Illuminance Meter." Доступ: www.konicaminolta.com. 6. Петров, И. И. "Применение видеоинформационных технологий в медицине." Издательство: Медицина, 2021. 7. Смирнов, А. В. "Технологии виртуальной и дополненной реальности." Издательство: Технопарк, 2022. 8. Иванов, С. П. "Автоматизация производственных процессов." Издательство: Промышленность, 2018. 9. Johnson, M. "Advances in Video Measurement Technologies." Journal of Visual Communication, 2023. 10. White, D. "Color Science and Its Applications." Cambridge University Press, 2020. 13
