Основные принципы передачи и воспроизведения ТВ изображений

1.

2.

• Quadature Amplitude Modulation
• Direct Sequence Spread Spectrum
• Decision Feedback Equalization
• Frequency Division Multiplexing
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(QAM )
(DSSS)
(DFE)
(FDM)
(OFDM)

3.

Основные принципы передачи и воспроизведения ТВ изображений
В основе телевизионной передачи и воспроизведения изображений
лежат три физических процесса:
-преобразование световой энергии, исходящей от объекта
передачи, в электрические сигналы;
-передача и прием электрических сигналов;
- преобразование электрических сигналов в световые импульсы,
воссоздающие оптическое изображение объекта
3

4.

1 Разбиение изображения на отдельные элементы и
поэлементная передача всего изображения.
Изображение, образованное совокупностью всех элементов,
называется кадром.
2 Последовательная во времени передача и
воспроизведение информации о яркости (и цвете)
отдельных элементов изображения.
Процесс последовательной поэлементной передачи (анализа) и
воспроизведения (синтеза) изображения называется разверткой
изображения.
При высокой частоте мельканий кажется непрерывно светящимся.
Структура поля - совокупность строк - называется ТВ растром.
4

5.

Основные параметры ТВ системы
Формат кадра. Форматом кадра называется отношение
ширины изображения b к его высоте h
Рис. Угловые размеры поля ясного зрения глаза
Разрешающая способность глаза определяет один из основных
параметров телевизионной системы — число строк
разложения изображения z.
α = 2arc tg h/2L,
z = a/φ = (2 arc tg h/ 2L)/φ,
k = 4:3
5

6.

Число строк разложения.
2
N = z · kz = kz
Z - 625
525
625, 405, 819
Минимальный участок ТВ изображения
Разрешающая способноcть глаза –минимальный угол в пределах которого две
точки еще различаются отдельно
Ширина спектра ТВ сигнала
6

7.

Оптимальное расстояние рассматривания
Lопт = (5...6)h,
Число кадров, передаваемых в секунду
Величина критической частоты мерцаний
лежит в пределах (48 ... 50) Гц
n = 50 к/с
но
передается избыточная информация,
частота 50 Гц.
n = 25 к/с
с частотой 50 Гц.
чересстрочная развертка
7

8.

Для получения эффекта плавного, а не скачкообразного
движения, необходимо производить съемку и кинопроекцию
с частотой не менее 18…20 кадров в секунду. Выбор же
большей частоты – 48 кад/с для кино и 50 кад/с (при
чересстрочной развертке Fпол = 50 Гц, то есть передается 25
кад/с) для телевидения, обусловлен только необходимостью
сделать незаметными мелькания яркости
Основные параметры системы ТВ вещания России:
число строк разложения z = 625,
число кадров в секунду n = 25 к/с,
формат кадра k = 4:3,
вид развертки – чересстрочная.
8

9. ЦВЕТНОЕ ТВ

• Количественной характеристикой цвета является его яркость,
которая однозначно определяет освещенность сетчатки глаза в
зоне его изображения
• Уровень зрительного ощущения, называемого светлотой, растет
значительно медленнее роста физической яркости –
тысячекратному изменению яркости соответствует лишь 4…8кратное изменение светлоты.
• Для монохроматического излучения качественной
характеристикой цвета однозначно служит длина волны
электромагнитных колебаний , для излучения сложного состава –
преобладающая (доминантная) длина волны.
• Глаз определить спектральный состав не способен, он реагирует
на изменение окраски – цветовой тон, давая ему достаточно
расплывчатые определения: голубой, синий, зеленый, салатовый
и т.д.
9

10.

ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Цветное телевидение, телевидение, в котором осуществляется передача цветных
изображений.
Весь спектр 380- 770 нм
Области
380-450 нм - фиолетовая
450-490 нм - синяя
490-520 нм - голубая
520-570 нм - зеленая
570-595 нм - желтая
595-610 нм - оранжевая
610-770 нм - красная
Цветовое зрение объясняет
трехкомпонентная теория
цветового зрения – предложена М.
Ломоносовым (1756 г) и развита
через 150 лет Гельмгольцем
Цветочувствительными приемниками на сетчатке глаза являются колбочки –
три разновидности по спектральной чувствительности
При этом абсолютные значения трех уровней возбуждения создают ощущение
яркости, а их соотношение – ощущение цветности
10

11. ПОЛУЧЕНИЕ ЦВЕТА

• Основных способов получения цвета три.
Выбор
источника
аддитивный
Субтрактивный
лат. additio - сложение].
Оптический
,
люминофоры,
эл.
разрядные лампы.
временной.
При удалении каким
либо способом тех
цветов, которые
не нужны.
пространственный
Сложение цветов, если размеры
окрашенных участков изображения меньше
угловой разрешающей способности зрения.
При быстрой смене цветов вследствие
инерционности зрения глаз не способен
их различить отдельно.
11

12.

Л2-13
Формирование телевизионного сигнала и его передача в канал
связи
Принципы цветопередачи
1. Любой цвет может быть получен смешением трех основных
взаимно независимых цветов, взятых в определенных количествах.
2. Пропорциональное изменение мощности всех составляющих
излучения изменяет лишь количество цвета, характеризуемое яркостью, не меняя его
качества
3.
Составляющие
лены глазом.
4.
Яркость
понентов.
смеси
смеси
цветных
(визуальная)
лучей
не
равна
сумме
могут
быть
яркостей
опредеее
ком
5. Непрерывному изменению излучения соответствует также
непрерывное изменение цвета.
6. Разным цветовым ощущениям обязательно соответствуют разные спектральные
составы,
7. Подбор цвета смеси может быть выражен в форме цветового уравнения
12

13.

Количественно и качественно световой поток может быть определен следующим
равенством
Поток
Цветовой модуль
Рис.. Схема получения электрических сигналов цветного изображения.
13

14. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ЦВЕТНОГО ТВ

• 1. Возможность приема цветных передач в черно-белом виде на
существующие черно-белые телевизоры (прямая совместимость);
• 2. Передача сигналов цветного и черно-белого телевидения по
одному и тому же каналу связи (в полосе частот черно-белого
телевидения).
• 3. Высокое качество цветовоспроизведения, которое оценивается
степенью соответствия ТВ изображения
• 4. Дальнейшее совершенствование, развитие и расширение
функциональных возможностей ТВ системы, включающих
повышение качества преобразования, обработки и передачи
изображения, а также передачу зрителю дополнительной
информации с выводом ее на телевизионный экран.
14

15.

Рис. Спектральные составляющие
полного цветового сигнала.
Рис. Передача сигнала цветности в полосе
частот сигнала яркости
15

16.

Л2-17
Система NTSC
- National Television System Committee
В системе NTSC сигнал UЦ. образуется методом амплитудной балансной
модуляции двух поднесущих колебаний с одинаковыми частотами
f0 = 3,579545 Мгц видеосигналами E'R0 = 0,877ER—Y и E'B0 = 0,493EB—Y (или
E‘1 = 0,7355E'R—Y — 0,2684E'B—Y и E0 = 0,4776E'R—Y + 0,4133E'B—Y).
Модулируемые поднесущие колебания сдвинуты по фазе
относительно друг друга на 90° - находятся в квадратуре
Сигнал UЦ модулирован по амплитуде и фазе
Система NTSC была принята в качестве стандарта в Канаде, в большинстве стран
американского континента, в Японии, Корее, Тайвань
16

17.

Описание стандартных систем Цв. Т
Система СЕКАМ
Л2-16
SECAM- Sequentiel Couleur a Memoire,
В СЕКАМ сигнал UЦ образуется поочерёдной частотной модуляцией
поднесущих колебаний сигналами.
E ‘R = — a1, E'R—Y и E 'В = a2 , E'B—Y
(a1 = 1,9; a2 = 1,5)
В чётных строках телевизионного кадра модуляцию производят сигналом E'R
(центральная частота f0R колебаний поднесущей частоты при этом равна 4,406250
Мгц)
В нечётных строках — сигналом E'В (центральная частота поднесущей
f0B = 4,250000 Мгц).
В результате в канале передачи в каждой строке имеется сигнал яркости E'Y и один из
цветовых сигналов E'R или E'В.
Система SECAM получила распространение в Болгарии, Венгрии, Чехословакии,
Польше, Люксембурге, Греции, раде стран Африки, Ближнего и Среднего Востока
17

18.

Л2-18
Система PAL (от начальных букв англ. слов Phase Alternation Line).
Подобна системе NTSC
ТЕ же сигналы , что и в других системах Цв.ТВ, и передача этих \
сигналов аналогична NTSC.– путем квадратурной балансной амплитудной
модуляции поднесущей частоты, расположенной в спектре яркостного сигнала
Отличие состоит в том, что в PAL колебания поднесущей частоты,
модулируемые сигналом E'R—Y, изменяют фазу от строки к строке на 180°.
Система PAL малочувствительна к фазовым искажениям, что является
основным её достоинством по сравнению с системой NTSC.
Система PAL была разработана немецкой фирмой Telefunken и принята
в 1966 г. в качестве стандарта в большинстве стран Западной Европы
(Германия, Великобретания, Швеция, Австрия, Норвегия, Бельгия,
Дания, Испания, Италия и др.)
18

19. Стандарты цветного ТВ

19

20.

21.

Рис. Сигнал ТВ-строки для систем
NTSC и PAL
Жирной линией на рисунке
выделен сигнал черно-белого ТВ, а
частотные насадки (поднесущие)
позволяют передавать
информацию о цвете и
принадлежности к конкретной
системе цветности
21

22.

23.

• ЭТАПЫ.
Первый этап ЦТВ– разработка стандартов
Второй этап развития ЦТВ –создание гибридных аналого-цифровых
телевизионных систем с параметрами, отличающимися от принятых в
обычных стандартах телевидения
Третьим этапом развития можно считать создание полностью
цифровых телевизионных систем
В основе телевизионной передачи и воспроизведения
изображений лежат три физических процесса:
• -преобразование световой энергии, исходящей от объекта
передачи, в электрические сигналы;
• -передача и прием электрических сигналов;
• - преобразование электрических сигналов в световые
импульсы,
воссоздающие оптическое изображение объекта

24. ЦИФРОВОЕ ТВ

Можно выделить два основных направления изменения
телевизионного стандарта: переход от одновременной передачи
яркостного и цветоразностных сигналов к последовательной их
передаче и увеличение количества строк в кадре и элементов
изображения в строке.
Реализация второго направления связана с необходимостью сжатия
спектра ТВ сигналов для обеспечения возможности их передачи по
каналам связи с приемлемой полосой частот.
Примеры гибридных ТВ систем:[
• Японская система телевидения высокой четкости MUSE
• Западно-европейские системы семейства MAC
В передающей и приёмной частях этих систем сигналы передавались
в аналоговой форме. Системы MUSE и HD-MAC имели:
формат 16:9;
количество строк в кадре 1125 и 1250 соответственно;
частоту кадров 30 и 25 Гц, соответственно.

25. Стандарты

• Международные стандарты цифрового телевидения
принимаются в первую очередь Международной организацией
по стандартизации (ISO), объединяющей национальные
комитеты по стандартизации более 100 стран мира. В составе
этой организации формируются группы, занимающиеся
проблемами и стандартизацией отдельных отраслей техники.
Одной из групп, занимающейся стандартами цифрового
вещания, является группа — MPEG (Motion Picture Expert
Group).
• В настоящее время существуют следующие основные
стандарты:
• DTV —европейский стандарт цифрового телевидения.
• ATSC—американский стандарт цифрового телевидения.
• ISDB—японский стандарт цифрового телевидения.

26. Способы передачи

Эфирное наземное телевидение — DVB-T и DVB-T2
Спутниковое телевидение
Кабельное телевидение
IP - телевидение
• Кодирование
• Цифровой сигнал телевизионных мультиплексов может
быть как не закодированным, открытым (бесплатным)
• так и закодированным, закрытым (платным):
- с использованием системы условного доступа;
- с применением смарт –карт;
- с применением САМ- модулей

27. Карта распространения стандартов цифрового телевидения в мире

28. Преимущества и недостатки

Преимущества
по сравнению с аналоговым ТВ]:
• Повышение помехоустойчивости трактов передачи и записи
телевизионных сигналов.
• Уменьшение мощности передатчиков.
• Существенное увеличение числа ТВ-программ, передаваемых в
том же частотном диапазоне.
• Повышение качества изображения и звука в ТВ-приёмниках.
• Создание ТВ-систем с новыми стандартами разложения
изображения (ТВЧ).
• Создание интерактивных ТВ-систем, при пользовании которыми
зритель получает возможность воздействовать на передаваемую
программу (например, видео по запросу ).
• Функция «В начало передачи».
• Архив ТВ-передач и запись ТВ-передач.
• Передача в ТВ-сигнале различной дополнительной информации.
Выбор языка (более чем обычно двух) и субтитров.
• Расширение функциональных возможностей студийной
аппаратуры
• Возможность добавления в мультиплексы радио

29. Недостатки

• Замирания и рассыпания картинки на «квадратики» при
недостаточном уровне принимаемого сигнала, данные либо
принимаются качественно на 100% или восстанавливаются,
либо принимаются плохо с невозможностью восстановления.
• Практически полное замирание сигнала в грозу, когда
аналоговое ТВ ловит отменно.
• Даже передатчик с мощностью 10 КВТ и высотой подвеса
передающей антенны 350 м не обеспечивает уверенный
прием на расстояние 50 км, а в следствие этого ,необходимость
в большем, нежели при аналоговом ТВ количестве
передающих центров.

30.

31. ИНТЕРАКТИВНОЕ ТВ

Само слово “интерактивное” произошло от слияния
двух английских слов: inter – “между” и active –
“деятельность, активность”,
31

32.

• ИТВ — организационно-техническая система,
(трансляционная система) основой которой является
комплекс программно-аппаратных средств для
обмена информацией.
• ИТВ системы с воспроизведением информации на
телевизионном экране представляют собой следующий
этап развития информационных систем массового
пользования.
• Это дает возможность индивидуализировать контент.
• Доступ к индивидуальному контенту - это новый товар,
требующий новых методов продвижения и реализации.
• ИТВ обеспечивается:
– с клиентской стороны цифровым декодером,
подключенным к спутниковой или эфирной антенне или
кабелю
32

33.

– расходы на приобретение декодера ложатся либо на
конечного потребителя, либо на компанию,
предоставляющую услуги ИТВ
Особенности
- в случае кабельного телевидения декодеры должны
быть оборудованы кабельными модемами.
- ИТВ возможно также на платформе интернет
протоколов (IPTV),- в этом случае трансляция
телепрограмм осуществляется через инфраструктуру
компьютерных сетей, а в качестве приемника
используется компьютер.
- для интерактивного телевидения требуется особое
программное обеспечение: интерактивные
приложения, которые выполняются на декодере
33

34.

• - на транслирующей стороне также необходимо оборудование,
обеспечивающее передачу данных в цифровом формате.
• - ИТВ требует подключения каждого декодера к каналу
обратной связи, который в случае спутниковой трансляции
реализуется через обыкновенную телефонную сеть, в декодер
вмонтирован модем, к нему подключается телефонный
кабель.
• Цифровая передача данных предполагает некое абстрактное
улучшение качества изображения, а также увеличение объема
передаваемых данных за счет использования различных
механизмов сжатия.
• «но»
цифровое вещание не дает конечным
пользователям никаких преимуществ по сравнению с
аналоговым вещанием.
34

35.

• Первым и основным интерактивным сервисом считается электронный
телегид, позволяющий переключать каналы и просматривать
описание транслируемых передач, включать и выключать титры,
выбирать язык перевода, устанавливать напоминания и многое другое
без канала обратной связи
Организован английской компанией Brittish Telecom
.
• Международным консультативным комитетом по телеграфии и
телефонии (МККТТ), организацией, устанавливающей стандарты для
отраслей связи, было рекомендовано обобщающее название —
Videotex (видеотекс).
• К другим информационным интерактивными сервисам относятся
приложения для навигации по интернету, для работы с электронной
почтой.

36.

• Многие телешоу предлагают интерактивные голосования,
опять-таки с помощью пульта и канала обратной связи.
Б. Гейтс заявил в 2006 г.: «Будущее принадлежит
интерактивному телевидению, которое войдет в жизнь
людей через 7-10 лет».
• Известно, что Microsoft приступил к освоению ИТВ
сегмента с 1997 г.,
• Дополнительные расходы на организацию интерактивного
вещания оправдываются в целым комплексом новых
сервисов, предлагаемых ИТВ.
• Интерактивное приложение «умеет» все, что доступно
компьютеру, подключенному к интернету
36

37. В самом общем виде структура ИТВ системы выглядит следующим образом

РИС. Структура ИТВ
БМД – база мультимедиа данных
СУБД – система управления базой данных
ВС – видеосервер
СП – сервер приложений
КУ – клиентское устройство
37

38.

• Позволяет определить абонентскую плату, взимаемую
компанией, предоставляющей услуги интерактивного вещания.
• Доступ к различным каналам, может быть изначально ограничен
и открыт только за дополнительную плату или включен в
абонплату ( организовать биллинг).
• Цифровое интерактивное телевидение — это
разновидность услуг платного телевидения, которая
базируется на системе контроля доступа, позволяющей
строить совершенно новые “отношения” между оператором
и абонентом. При выборе такой услуги абонент перестает
быть пассивным зрителем,
• Сочетая современные телевизионные технологии с
возможностями Интернета, ИТВ предоставляет своим
пользователям весьма широкие возможности:
38

39. А ГЛАВНОЕ для клиента

1. выбирать для просмотра передачу или фильм из обширной
видеотеки (частота обновления и объем видеотеки не
ограничены и определяются только желанием абонента.
2. смотреть программы центрального, кабельного или спутникового
ТВ не по расписанию, а в удобное для абонента время (при этом
предусматривается “вырезка” обычной рекламы)
3. играть в индивидуальные и сетевые игры (в том числе и на
деньги в интерактивном казино)
4. “общаться” посредством телеэкрана с телефонными
собеседниками абонента (можно также устраивать целые
телевизионно-телефонные конференции)
5. заранее определять тематику получаемых новостей (оформляя
подписку на их блоки)
6. получать скоростной доступ к сети Интернет непосредственно на
экране
39

40. КЛАССИФИКАЦИЯ ИТВ

в зависимости от наличия дополнительных услуг,
по архитектуре построения сети, по организации обратного канала,
по скорости передачи данных в обратном канале, по степени
интерактивности.
1. По наличию дополнительных услуг:
Без доп. услуг
С доп. услугами.
2. По архитектуре построения сети:
Централизованная.
Распределенная
Его важнейшая задача – автоматическое определение текущего рейтинга файла и
перемещение файла его в ближайшую для пользователей базу данных.
3. По организации обратного канала:
С кабельн. обратным каналом
С обратным радиоканалом
40

41.

4. По скорости передачи данных в обратном канале.
Низкоскоростные Среднескоростные
Высокоскоростные
(v<150 бит/с.)
(v – 6-7 кбит/с) с
( v – 64 кбит/с)
защитой от ошибок
5. По степени интерактивности.
Локальная.
Обратный канал
локализован и
интерактивные
функции
осуществляются
на уровне
аппаратуры
конечного
пользователя.
Ограниченная.
Пользователь посылает
по обратному каналу
сообщения. Однако,
видеопоток поступает
всем абонентам.
Полная.
Каждому пользователю
поступает свой
видеопоток в
соответствие с
с запросами по
обратному каналу.
41

42.

43. IP TV

• IP TV ( Internet Protocol Television) – новая технология,
позволяющая просматривать цифровое телевидение на вашем
персональном компьютере.
• Передача данных осуществляется по протоколу IP.
• Архитектура комплекса IPTV, как правило, включает в себя следующие
составляющие:
- Подсистема управления комплексом и услугами, которую ещё называют
«Промежуточное программное обеспечение» или «IPTV Middleware»
- Подсистема приёма и обработки контента
- Подсистема защиты контента
- Подсистема видео серверов
- Подсистема мониторинга качества потоков и клиентского оборудования.
• Доставка контента до клиентского оборудования осуществляется поверх IPсети оператора.
• Программа для просмотра IP-TV
• Самой популярной программой для просмотра IP-TV контента, является IPTV Player.

44.

Возможности IP-TV :
- простая и быстрая инсталяция проигрывателя;
- просмотр открытых (незашифрованных) потоков http, udp-multicast и
т.д. (частичная поддержка ТВ-тюнеров через WDM-драйвер);
- отдельные настройки для каналов;
- возможность записи потока в файл;
- OSD (информационное окно внизу видео-окна) – громкость и
название канала, индикатор записи;
-список каналов в видео-окне;
- управление видео с клавиатуры (клавиши -в краткой справке в самой
программе);
- поддержка телепрограммы в формате JTV (автоматическая загрузка,
распаковка, сопоставление, возможность экспорта в HTML);
- планировщик записи/просмотра;
- фоновая запись любого количества каналов.
IP-TV предусматривает и дополнительные сервисы:
Video on Demand – видео по запросу.
Time Shifted TV- услуга, предусматривает заранее заказанный
просмотр транслируемой передачи «со сдвигом» на удобное время.
Network Personal Video Recorder- сервис сохранения контента в сети
с целью последующего индивидуального просмотра.
Video Telephony – услуга телефонии с одновременной передачей
видеосигнала между участниками сеанса (сессии) связи.

45.

Преимущество IPTV перед аналоговым кабельным ТВ:
- Изображение и звук обычно качественнее, вплоть до HDразрешения и 5.1-канального аудио
- Интерактивность (возможность просмотреть, например,
справку по фильму)
- Сервисные возможности timeshift и video-on-demand
• IPTV -это телевидение, не вещающее через сеть
Интернет». Начало этой аббревиатуры, IP, значит лишь
то, что используется данный протокол передачи данных (в
данном частном случае, для передачи видеоконтента), но
система целиком с мировой паутиной не связана
абсолютно ничем.
• IPTV развивается большей частью за счёт средств,
предоставляемых телекоммуникационными компаниями и
операторами, которые сегодня предлагают кабельные
цифровые и спутниковые услуги.

46.

• Целью IPTV является поиск и вывод на рынок
конкурентоспособной и более дешевой в
перспективе, чем уже существующие, ТВтехнологии, способной частично или полностью
заменить кабельное и спутниковое ТВ.
• IPTV пока что просто дублируют кабельные и
спутниковые ТВ-каналы с помощью IPTV. Изменился
способ передачи данных, но не список ТВ-каналов,
которые можно таким образом смотреть.

47. Internet Television

• Интернет телевидение – это абсолютно иная, в отличие от
IPTV, модель распространения видео, как для потребителя,
так и для издателя. Мало того, концепция Интернет ТВ очень
заметно отличается от предоставления традиционных ТВуслуг. Важным моментом Интернет ТВ является и то, что эта
медиа-среда открыта абсолютно для всех. Свой канал через
Интернет может транслировать как отдельный человек, так и
крупная телевещательная компания.
• Главный принцип Интернет ТВ заключается в том, что любой
правообладатель имеет полноценную возможность
разместить своё видео в сети и даже создать собственный
телевизионный Интернет-канал. То есть концепция Интернет
Телевидения мало отличается от концепции паутины в
целом.
• Благодаря открытым стандартам и наиболее
распространённым форматам представления видеоданных в
сети Интернет ТВ и далее будет развиваться неотрывно от
самой идеи Интернета.

48.

• Распространение видеопотоков и трансляция
различных телевизионных каналов (как
крупных, так и созданных любителями) через
общедоступные сети, в частности Интернет,
существенно меняет медиаиндустрию
• Технологии и их перспективы IPTV и Internet
TV, безусловно, похожи.
• Однако на деле, Интернет-телевидение
(Internet TV) отличается от кабельного,
спутникового и IPTV несколькими
существенными пунктами:

49.

• свободное распространение. В отличие от закрытых,
принадлежащих различным компаниям сетей распространения
телевидения и видео, контент, передающийся в рамках Internet TV,
доходит до конечного пользователя с помощью стандартных
открытых Интернет-технологий;
• различные возможности получения и просмотра видеоконтента.
Пользователь может просматривать потоковое видео через свой
браузер, скачивать его для проигрывания на ПК, получать по
запросу на переносные устройства, а при желании – просматривать
это видео на своем телевизоре;
• неограниченные возможности выбора. Концепция Internet TV
позволяет предоставить пользователю высочайшие возможности
выбора: каналов по интересам может быть так много, как самих
пользователей;
• контроль правообладателя за контентом. Контакт основателей
канала с потребителем усилен, а возможностей для отслеживания
предпочтений, интересов и реакций аудитории более чем
достаточно.

50. ОБЪЕМНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ

• Цифровое видео и телевидение высокого разрешения
основополагающие моменты объемного телевидения
• Цифровое телевидение позволило передавать
достаточное количество информации и стало основой
ряда устройств, позволяющих осуществить объемную
визуализацию.
• Реальный мир не является 3D
• То, что показывают на киноэкране — и готовятся
показывать и по телевизору -ненастоящая трехмерность.
• Компания Sega разрабатывала шлем-дисплей
(причудливый головной убор для виртуальной
реальности)
• Шлемы виртуальной реальности используют ту же
технологию стереоэффекта, которую можно обнаружить
в кинотеатрах или 3D-телевизорах — параллакс
50

51. ПАРАЛЛАКС

Параллакс: каждый глаз видит предмет по-своему;
мозг оценивает разницу и формирует объемный образ
51

52.

• Мы имеем дело с двухмерным изображением θ, φ трехмерной
модели, при возможности ее оглядывания, перемещаясь по
горизонтали х. В данном случае в телевизионной системе
отсутствует измерение r , то есть не предусмотрена
возможность изменения аккомодации и конвергенции глаз при
отслеживании объемного сюжета.
где:θ, φ , r- составляют сферическую систему координат с
центром в точке наблюдения, (θ- угол места и φ азимут линии
визирования).
• Относительная разрешающая способность сетчатки глаза
52

53. ТРЕБОВАНИЯ К ОБЪЕМНОМУ ТЕЛЕВИДЕНИЮ

• Каким должно быть объемное телевидение?
• С точки зрения потребителя
• Устройство воспроизведения должно создавать
реалистичное ощущение объемности изображения.
• Просмотр должен осуществляется естественно, без
напряжения, для просмотра не должны требоваться
дополнительные устройства (например, шлем или
специальные очки).
• Он должен быть доступен как для одного наблюдателя, так
и для нескольких зрителей одновременно.
• Устройство визуализации должно «уметь» показывать как
стереоскопические, так и обычные изображения.
• .
53

54.

• С точки зрения инженера (производителя)
• Объем данных, необходимых для показа
стереоскопического изображения, не должен существенно
превосходить объем данных, передаваемых для обычного
изображения.
• Способ передачи данных должен быть совместим с
существующими стандартами и технологиями.
54

55. Физические основы стереоскопического восприятия

• Природа наделила человека бинокулярным зрением -парой глаз, расположенных на расстоянии 60-70 мм. За
счет этого человек видит мир одновременно с двух точек
наблюдения
• Эти два изображения принято называть стереопарой
• Получить представление об объемности окружающего мира
человеку позволяет ряд явлений: геометрическая и
воздушная перспектива, тени и блики на поверхностях
объектов, относительные размеры объектов.
Изобразительные приемы, моделирующие эти явления,
используются художниками с давних пор для передачи
объемности трехмерных предметов, нарисованных на
плоскости.
55

56. КАК СОЗДАЕТСЯ СТЕРЕОЭФФЕКТ

• Поляризационный метод стереопроекции Предложен Ж.
Андертоном в 1891 году.
• Левый и правый кадр проецируются одновременно, но свет
поляризуется (линейно или циркулярно) в разных
направлених. Просмотр осуществляется с помощью очков,
имеющих соответствующие светофильтры
(поляризационные).
• -- необходимость использования дорогостоящего оборудования,
специальных устройств визуализации и очки, которые зритель
должен надевать. Используется в кинотеатрах IMAX и др.
Очки с активной поляризацией
56

57.

• Они проецируют на каждый из глаз свою, чуть
отличающуюся от другой, картинку, и благодаря этому
отличию в вашем мозге формируется восприятие глубины.
• НО восприятие глубины у человека содержит десяток
оттенков глубины, которые мозг человека использует для
определения расстояния до предмета.
• Параллакс — это один из таких оттенков.
• По сути, вы сражаетесь с собственным мозгом, который
немного сбивается с толку. Со временем ваш мозг просто
начинает игнорировать остальные оттенки.
• Такое состояние, известное как "бинокулярная дисфория" —
это плата за обман мозга, который заставили поверить в
иллюзию 3D.
57

58. АНАГЛИФ

• Анаглиф - метод получения стереоэффекта для стереопары
обычных изображений при помощи цветового кодирования
изображений, предназначенных для левого и правого глаза. Для
получения эффекта необходимо использовать специальные
(анаглифические) очки, в которых вместо диоптрийных стекол
вставлены специальные светофильтры, как правило, для левого
глаза — красный, для правого — голубой или синий
• каждый глаз воспринимает изображение, окрашенное в
противоположный цвет.
Очки использующие специальные светофильтры
58

59. ОЧКИ ПАССИВНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ: ЛИНЕЙНОЙ ИЛИ ЦИРКУЛЯРНОЙ

• При этом на экране показываются кадры для правого и
левого глаз в чересстрочном формате. Достоинство
пассивной поляризации в полном отсутствии мерцания и
утомления глаз
• Такой способ обычно предполагает уменьшение
разрешения в два раза,
Очки с пассивной поляризацией
59

60. ТРАНСЛЯЦИИ S3D-КАНАЛОВ (три способа)

• 1. Передача двух каналов видео с уменьшением
горизонтального разрешения. В этом случае в один кадр
HD-разрешения шириной 1920 пикселов записываются оба
кадра (side-by-side). При этом разрешение каждого канала
по горизонтали становится 960 пикселов. Достоинство этого
формата в том, что для S3D-трансляций можно
использовать существующие HD-каналы.
• 2. Трансляция каналов для левого и правого глаза
отдельными каналами.
• 3. Увеличение частоты кадров
• Видимо за счет сравнительной простоты, в тестовых
телевизионных S3D-трансляциях чаще используется
первый подход side-by-side
60

61. ОЧКИ "ШТОРНОГО" ТИПА

ОЧКИ "ШТОРНОГО" ТИПА
• В очках такого типа стекла меняют свою прозрачность
синхронно с показом на экране кадров, предназначенных
для левого и правого глаз .
• Дисплеи и телевизоры должны поддерживать частоту
обновления от 120 Гц и более для того, чтобы уменьшить
эффект мерцания. При 120 Гц мерцание все же заметно,
если в поле зрения попадают источники освещения или
дневной свет. Есть сообщения, что выпускаются
телевизоры с частотой 240 Гц.
61

62.

Есть конструкции, позволяющие показать полное
разрешение для каждого глаза. Например, конструкции с
применением полупрозрачного зеркала. LCD дисплеев
Экран LCD линейно поляризован под углом 45 градусов.
Примечательно, что собрать такой дисплей можно
самостоятельно на основе двух обычных LCD дисплеев.
Российская компания CiFRO-CiTY из г. Новосибирска
наладила выпуск полупрозрачных зеркал и консолей для
крепления дисплеев
S3D дисплей на основе двух мониторов и
полупрозрачного зеркала
62

63.

S3D видео в формате Side-by-Side на экране телевизора в 2D режиме.
Для выполнения стереоскопической съемки обычно
используются конструкции из двух обычных камер. Камеры
крепятся рядом горизонтально
Стереокамера с горизонтальным
креплением камер
63

64. Демонстрация 3D-видео

Способы демонстрации
Старые:
Современные:
Будущие:
- Механическое
разделение
картинки
- Анаглиф
-Очки «шторного»
типа
- Очки пассивной
поляризации
- Демонстрация 3Dизображения без
очков

65. РАСТРОВЫЕ МЕТОДЫ

• Растровому стерео более 110 лет. Впервые метод безочкового стерео
с применением параллельного светопоглощающего растра предложен
одновременно Бертье и Лизегангом
• Подобные устройства "безочковой" объемной визуализации называются
автостереоскопическими. В настоящее время в основном
используется линзово-растровый (lenticular) вариант конструкции
экранов. Для показа через растр исходная стереопара кадров
"нарезается" на вертикальные полоски, которые затем чередуются так,
чтобы под каждой линзой оказалась пара полос: одна от левого кадра,
другая -- от правого. Такое "полосатое" изображение называют
кодированным.
Рис. 6. Схема разделения кодированного
изображения стереопары с помощью
линзового растра. Левое изображение
условно обозначено красным цветом,
правое – голубым (изображения с сайта
65

66.

• Достоинство растрового метода в том, что устройство
сепарации объединено с самим изображением и зрителю
нет необходимости надевать какие-либо очки для
просмотра. Кроме того, формирование объемного
изображения из серии кадров, снятых с различных точек
зрения, позволяет придать большую реалистичность
сцене.
• Недостаток в том, что для качественного воспроизведения
объемного изображения требуется гораздо больше
данных.
• Стереовидео обозначается S3D, многоракурсное видео M3D
66

67.

• Наибольший эффект от линзово-растрового способа
показа достигается, когда показываются не два кадра
стереопары, а ряд кадров, сделанных с небольшим
смещением по горизонтали (многоракурсная съемка). В
этом случае при просмотре образуется широкая зона
стереовидения, в которой наблюдатель может
перемещаться, поочередно наблюдая сцену с разных
ракурсов. Появляется возможность как бы заглянуть за
объекты переднего плана. Это придает натуральность
наблюдаемому стереоизображению
Многообъективный
стереофотоаппарат
Если для анаглифного и поляризационного методов
достаточно двух кадров стереопары, то для растрового
желательно иметь одновременно 9-12 кадров.
67

68. ФОРМАТ 2D + Z

• . Разработка линзово-растровых 3D устройств началась
еще в прошлом веке (например, Philips),
• успеха удалось добиться лишь сравнительно недавно с
распространением стандарта высокого разрешения
(HD).
• Выполнение видеосъемки в формате 2D + Z
Любому обычному (2D) изображению можно сопоставить
информацию об удаленности каждого пиксела от
наблюдателя (Z-координату).
• Такое представление изображения называют "формат
2D+Z", а плоскость координат Z - "картой глубины".
• Карту глубины можно представить в виде монохромного
изображения.
68

69.

Исходный кадр и карта глубины
(изображение карты глубины
нарисовано дизайнером)
• Формат 2D+Z является продолжением концепции
представления информации об изображении по
компонентам. Как известно, и в аналоговом, и в цифровом
телевидении изображение формируется из яркости и двух
цветовых составляющих
69

70.

• Использование формата 2D+Z позволяет осуществить
передачу стереоскопического видео с увеличением потока
данных всего на 15-20%.
• Используя карту глубины, создается серия
видеоканалов, показывающая один и тот же кадр как
бы с разных точек зрения - моделируется M3D видео и
затем демонстрируется с использованием растрового
дисплея
• Однако задача построения карты глубины (Z) требует
применения сложных алгоритмов и требует больших
вычислительных ресурсов.
• Устройства отображения M3D понижают разрешение
изображения еще в большей степени, из-за необходимости
показа на одном экране HD
70

71.

Однако 2D+Z -- это не многоракурсная серия и даже не стереопара. Чтобы
показать объемное изображение, необходимо выполнить расчет серии кадров.
Восстановление стереоскопического изображения происходит путем
интерполяции исходного изображения с учетом карты глубины. Полученная
серия кадров затем демонстрируется с использованием растрового дисплея
Трансформация 2D+Z изображения в серию кадров и показ на устройстве
объемной визуализации
71

72. Стандартизация

• Формат MPEG-2 имеет дополнительный многоракурсный
(multiview) профиль, принятый в 1996 году и позволяющий
кодировать и передавать изображения с двух и более
камер [см. Jens-Rainer Ohm. Stereo/Multiview Video Encoding
Using the MPEG Family of Standards.].
Спецификация формата MPEG-4, части 2, определяющая
способ кодирования видеообъектов, позволяет
стандартным способом передавать и обычное 2D
изображение, и соответствующую ему карту глубины (Z).
72

73.

• Аналогичные возможности есть и в MPEG-4, части 10
(AVC). Причем стандарты определяют возможность
кодировать плоскость Z как дополнительные данные,
которые могут быть проигнорированы устройствами, не
ожидающими их появления. При этом наличие Z никак не
повлияет на декодирование основного изображения.
Форматы MPEG-2 и MPEG-4 (AVC) являются основными в
цифровом телевидении, поэтому уже есть достаточная база
для стандартной трансляции 3D видеоданных.
73

74.

Схема прототипа 3D IPTV системы доставки 3D видео-по-запросу
Система включает сервер, содержащий библиотеку 3D видеофильмов и
обеспечивающий сервис видео-по-запросу, (video on demand — VOD), и
распределенную сеть абонентов, стереомониторы которых оснащены
приставками 3DSTB
Областью применения таких систем может быть и вещание 3D видео в сетях
IPTV для отдельных абонентов, и доставка цифрового видео к большим экранам
демонстрации рекламной информации в стереоскопическом формате
74

75. 3D ТВ. Реализация и перспективы развития

Схема трансляции 3 D телевидения
Внедрение нового формата вещания это большой инфраструктурный
проект, решаемый на уровне государства. В самых общих чертах схема ТВ
трансляции включает в себя этапы съемки и подготовки видео, компрессии,
трансляции приема и декодирования, демонстрации
75

76. Голографические Телевизоры

Голографические ТВ, смогут обеспечить полноценное 3D изображение,
без обмана мозга и насилия человеческого организма.
76

77.

Голография позволяет увидеть поистине настоящие объемные фигуры, как
статичные так и движущиеся.
В настоящий момент воспроизводится с помощью
микро-электро-механического дисплея, который способен отображать
динамическую голограмму.
Данный дисплей работает с большим количеством специальных платформ,
эти платформы способны перемещаться как вверх так и вниз, за счет этих
платформ и специального лазера и получается полноценное изображение.
Известны 4 метода создания голографической картинки
1) С помощью синхронизированных камер и компьютеров.
Одновременно снимали 35 камер высокого разрешения.
Камеры совместным потоком передавали сложную картинку в студию,
будучи, в свою очередь, синхронизированными со студийными камерами,
чтобы не произошло никаких накладок.
Общую картинку в режиме реального времени обрабатывали сразу 12
компьютеров.
77

78.

• 2) Технология FogScreens, создающая изображения в воздухе с
помощью капель жидкости.
• Созданные с помощью специальных устройств, трехмерные
образы будут висеть в воздухе, их можно будет обойти и
рассмотреть с разных сторон, даже пройти сквозь
ТВ с помощью носителей
78

79.

• 3) Цветная электронная голография.
Голограмма создается на основе интегральной фотографии, когда субъекты
снимаются при обычном освещении видеокамерой с объективом,
имитирующим устройство фасеточного глаза насекомых. Такой объектив
состоит из множества микролинз.
79

80.

• 3)Голограмма демонстрируется на трех LCD-панелях в красном,
голубом и зеленом цветах. Затем голографические изображения
одного и того же объекта воспроизводятся лазерными лучами и
синтезируются в трехмерное видео, которое может быть
показано в режиме реального времени.
• 4) Трехмерные голографические экраны.
Основа устройства – новый полимерный материал, который
может записывать трёхмерную графическую информацию,
стирать ее и выводить на экран новый объёмный кадр в
считанные минуты.
Ученые уверены, что им удастся усовершенствовать свое
изобретение и добиться обновления голографической
информации со скоростью около 30 кадров в минуту.
80

81.

Рис.22 Пленочная голограмма.
81

82. Гологра́фия

Гологра́фия — набор технологий для точной записи, воспроизведения
и переформирования волновых полей оптического эл. излучения,
особый фотографический метод, при котором с помощью лазера
регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных
объектов, в высшей с
Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой.
Обычная фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя
ее значения в соответствующее почернение фотографической
эмульсии.
Фазовые соотношения становятся доступными для регистрации с
помощью интерференции, преобразующей фазовые соотношения в
соответствующие амплитудные. Интерференция возникает, когда в
некоторой области пространства складываются несколько
электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью
точности совпадают.
Когда записывают голограмму, в определённой области пространства
складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника
(опорная волна), а другая отражается от объекта записи.

83.

Схема Денисюка
Как видно, объектная и опорная
волны падают на пластинку с
разных сторон (т. н. схема на
встречных пучках).
Такая схема позволяет записать на одну пластинку три голограммы одного объекта
красным, зеленым и синим лазерами, получив в итоге одну цветную голограмму,
которую практически невозможно отличить от самого объекта.
Голография крайне требовательна к разрешающей способности фотоматериалов.
Расстояние между двумя максимумами (d ) интерференционной картины того же
порядка, что и длина волны лазера, (632,8 нм для гелий-неонового лазера, 532 нм для
неодимового).
Величина d порядка 0.0005 мм. Чтобы получить чёткое изображение картины
интерференции, потребовались регистрирующие среды с разрешающей способностью
до 6000 линий на миллиметр (при записи по схеме на встречных пучках с углом
схождения лучей 180°).

84.

85. HDR телевидение

HDR
ТЕЛЕВИДЕНИЕ
• ЧТО ТАКОЕ HDR
• Глаза человека могут адаптироваться к изменению освещения до 24
ступеней экспозиции, поэтому мы способны различить детали и на светлом
небе, и на темной одежде.
• Но матрица фотокамеры не может приспосабливаться к свету. У нее есть
фиксированный динамический диапазон, то есть разница в освещении
между самым ярким участком мотива, который она может зафиксировать,
не превратив его в белое пересвеченное пятно, и самым темным участком,
в котором зафиксированная информация не перекрывается шумом.
• Динамический диапазон матрицы большинства цифровых камер равен
примерно 9 ступеням экспозиции, что гораздо меньше способности глаз
человека запечатлевать оттенки
• Цифровая фотография дает нам возможность манипулировать снимками на
компьютере. Поэтому вполне естественным было бы сделать несколько
кадров с различной экспозицией, соединив их в один, что дало бы нам
возможность заметно расширить динамический диапазон снимка. Один из
таких способов заключается в работе со слоями в Photoshop. Второй способ
— создании HDR

86.

• Перевод в формат другой битности- называется тональным
отображением (tone mapping).
• Из 8-битных фотографий нельзя сделать HDR, даже если
обработать их в специальных программах, таких как Photomatix
• что выравнивание изображений занимает в «Фотошопе»
• С технической точки зрения HDR можно определить как файл, в котором
яркости пикселей сохранены не в целочисленном виде, а в формате с
плавающей запятой. Для HDRI чаще всего используются 32-битные форматы
Radiance (.hdr) или OpenEXR (.exr). Так как обычные мониторы не могут
отобразить все значения яркости в 32-битном файле,
• Для создания HDR-изображения нужно сделать несколько снимков с
различной экспозицией, запечатлев детали как в темных, так и в светлых
частях мотива. Изменять экспозицию, как известно, можно разными
способами, но в случае HDR делать это следует изменением выдержки.
• Лучше даже, если на фотографии с максимальной выдержкой гистограмма
начинается в середине шкалы. Тогда мы можем быть уверены, что в
получившемся HDR не будет шумов в темных участках, если мы захотим их
осветлить.

87.

88.

Системы
NTSC
PAL
Аналоговое
ТВ , станд
Формат Разрешение
SECAM.
4:3
SDTV
480
(NTSC)
576 (PAL)
DVD
720 ×480,
704 ×480,
352 ×480,
352 × 240
пикселей
(NTSC
720 × 776 ,
704 × 576,
352 × 576,
352 × 288
пикселей
(PAL)
Развертка
4:3
4:3
640х480
SD,
с прогрессивным
с чересстрочным
форматом записи
480 SD,
576 SD,
4:3
16:9
SD,
Если не
дотягивают
до 1280 × 720
Full HD
(1080p)
16:9
1920×1080p
HDTV
на диски BluRay и HDDVD
4K
UHDTV
(2160p)
16:9
3840 × 2160
8K
UHDTV
(4320p)
16:9
7680 × 4320
1080p
—
с прогрессивным
форматом 1080i —
с чересстрочным
форматом записи
час
видео
в
разрешении
8К
требует
порядка
300
Гигабайт

89. Гологра́фия

• Гологра́фия - набор технологий для точной записи, воспроизведения
и переформирования волновых полей оптического
электромагнитного излучения, особый фотографический метод, при
котором с помощью лазера регистрируются, а затем
восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высшей
степени похожие на реальные.
• Данный метод был предложен в 1947 году Дэннисом Габором
• Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой.
Регистрация амплитуды волн не представляет затруднений; обычная
фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя ее значения
в соответствующее почернение фотографической эмульсии. Фазовые
соотношения становятся доступными для регистрации с помощью
интерференции, преобразующей фазовые соотношения в соответствующие
амплитудные. Интерференция возникает, когда в некоторой области
пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты
которых с очень высокой степенью точности совпадают.

90.

• Когда записывают голограмму, в определённой области пространства
складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника
(опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная
волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной
регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает
сложная картина полос потемнения, которые соответствуют
распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в
этой области пространства.
• Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она
преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы
будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой
отражался бы от объекта записи.
• Голограмма является записью интерференционной картины, поэтому
важно, чтобы длины волн (частоты) объектного и опорного лучей с
максимальной точностью совпадали друг с другом, и разность их фаз не
менялась в течение всего времени записи (иначе на пластинке не
запишется чёткой картины интерференции). Поэтому источники света
должны испускать электромагнитное излучение с очень стабильной
длиной волны в достаточном для записи временном диапазоне.

91.

• Чаще всего когерентность принято характеризовать
длиной когерентности — той разностью оптических путей
двух волн, при которой контраст интерференционной
картины уменьшается в два раза по сравнению с
интерференционной картиной, которую дают волны,
прошедшие от источника одинаковое расстояние. Для
различных лазеров длина когерентности может
составлять от долей миллиметра (мощные лазеры,
предназначенные для сварки, резки и других применений,
нетребовательных к этому параметру) до сотен и более
метров (специальные, так называемые одночастотные
лазеры).

92.

Схема записи Лейта-Упатниекса

93.

• В 1962 г. советский физик Юрий Николаевич Денисюк предложил
перспективный метод голографии с записью в трехмерной среде. В
этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется зеркалом
на фотопластинку. Часть луча, прошедшая через неё, освещает
объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как
видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных
сторон (т. н. схема на встречных пучках). В этой схеме записывается
отражающая голограмма, которая самостоятельно вырезает из
сплошного спектра узкий участок (участки) и отражает только его (т.о.
выполняя роль светофильтра). Благодаря этому изображение
голограммы видно в обычном белом свете солнца или лампы

94.

Голография крайне требовательна к разрешающей способности
фотоматериалов. Расстояние между двумя максимумами
интерференционной картины того же порядка, что и длина волны лазера, а
последняя чаще всего составляет 632,8 нм для гелий-неонового лазера, 532
нм для неодимового лазера на второй гармонике, 532 нм и 488 нм для
аргонового лазера. Таким образом, это величина порядка 0.0005 мм. Чтобы
получить чёткое изображение картины интерференции, потребовались
регистрирующие среды с разрешающей способностью до 6000 линий на
миллиметр (при записи по схеме на встречных пучках с углом схождения
лучей 180°).
• Регистрирующие среды подразделяются на плоские (двумерные) и
объёмные (трёхмерные или толстые). Для классификации используется
параметр, который иногда в литературе называют критерий Клейна:
• Q= \frac {2\pi\lambda d}{n \Lambda^2},
где λ — длина волны;
• d — толщина слоя;
n — средний коэффициент преломления слоя;
Λ — расстояние между интерференционными плоскостями.
• Объёмными (толстыми) голограммами считаются такие, у которых Q > 10. И
наоборот, голограмма считается тонкой (плоской), когда Q < 1.

95.

Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные
фотопластинки на основе традиционного бромида серебра. За счёт
специальных присадок и специального механизма проявления удалось
достичь разрешающей способности более 5000 линий на миллиметр,
однако за это приходится платить крайне низкой чувствительностью
пластинки и узким спектральным диапазоном (точно подобранным под
излучение лазера). Чувствительность пластинок настолько низкая, что их
можно выставить на несколько секунд под прямой солнечный свет без
риска засветки.
Кроме того, иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной
желатины, которые обладают ещё большей разрешающей способностью,
позволяют записывать очень яркие голограммы (до 90 % падающего света
преобразуется в изображение), однако они ещё менее чувствительны, причём
они чувствительны только в области коротких волн (синий и, в меньшей степени,
зелёный участки спектра).
Фотохромные кристаллы
Наряду с фотографическими мелкозернистыми галогенсеребряными средами,
применяются так называемые фотохромные среды, изменяющие спектр
поглощения под действием записывающего света.
KCl Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются
щёлочно-галоидные кристаллы, из которых наилучшие результаты были
получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия (KCl).
Голограммы, записанные на таких кристаллах, достигают 40 %

96.

Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются
щёлочно-галоидные кристаллы, из которых наилучшие результаты были
получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия (KCl).
Голограммы, записанные на таких кристаллах, достигают 40 % относительной
дифракционной эффективности при теоретически возможной в данной среде
60 %. При этом голограммы в данном материале весьма толстые (толщиной
до нескольких миллиметров, и могут в принципе достигать единиц
сантиметров). Голографическая запись в аддитивно окрашенных кристаллах
KCl базируется на фототермическом F-X преобразовании центров окраски, то
есть фактической коалесценции одиночных анионных вакансий в более
крупные кластерные образования размером десятки нанометров. При этом
голографическая запись в таких кристаллах реверсивна (обратима) и очень
устойчива по времени[9].
Сегнетоэлектрические кристаллы
При голографической записи, в качестве регистрирующей среды, так же
широко используются сегнетоэлектрические кристаллы. В основном это
ниобат лития — LiNbO3. Явление изменения показателя преломления под
действием света вызвано электрооптическим эффектом. При записи
голограмм сегнетоэлектрические кристаллы обладают теми же
преимуществами, что и фотохромные материалы. Кроме того, после
множества циклов «запись — стирание» не наблюдается эффекта усталости.
Поскольку получаемые голограммы являются фазовыми, их дифракционная
эффективность может быть на порядок выше, чем у голограмм на
фотохромных материалах

97.

• Голографические фотополимерные материалы
• В последние годы интенсивно разрабатываются
регистрирующие среды на базе голографических
фотополимерных материалов, представляющих собой
многокомпонентную смесь органических веществ, нанесенную
в виде аморфной пленки толщиной 10-150 мкм на стеклянную
или пленочную подложку. Фотополимерные пленки менее
дорогостоящие чем кристаллы ниобата лития, менее громоздки
и имеют по сути большую величину изменения коэффициента
преломления, что приводит к большим значениям
дифракционной эффективности и большей яркости
голограммы. Однако, с другой стороны ниобат лития, из-за его
толщин, способен сохранять большие объемы информации,
чем фотополимерные пленки, толщины которых ограничены

98.

• Поскольку фотополимеры не обладают зернистым
строением, то разрешающая способность такого
материала достаточна для сверхплотной записи
информации. Чувствительность фотополимера
сравнима с чувствительностью фотохромных
кристаллов. Записанные голограммы являются
фазовыми, что позволяет получать высокую
дифракционную эффективность. Такие материалы
позволяют хранить информацию длительное время,
устойчивы к воздействию температур, а также
отличаются улучшенными оптическими
характеристиками