Научные школы Телевидение как раздел видеоинформатики

Технический прогресс конца предыдущего столетия, особенно в области электроники, привёл к информационному взрыву, имеющему истинно революционный характер. Информатика, зародившаяся как наука в середине столетия, стала развиваться в различных направлениях, многие из которых формируются и в настоящее время, причем каждое из них использует свои информационные технологии.

Информатику можно определить как отрасль науки, изучающую закономерности сбора, преобразования, хранения и распространения информации, т. е. сведений о тех или иных объектах, явлениях и процессах. Эти сведения могут быть востребованы либо непосредственно оператором-получателем информации с целью принятия определённых решений, либо для управления различными техническими средствами. Научной основой информатики служит теория информации.

Одним из важнейших разделов информатики является видеоинформатика, в задачу которой входит изучение вопросов, связанных с передачей, хранением и использованием информации, содержащейся в изображениях. Важность видеоинформатики подтверждается, в частности, хорошо известным фактом, согласно которому более 90 % сведений о внешнем мире воспринимается человеком через зрительный анализатор.

Видеоинформатика лежит также в основе многих кибернетических систем и протекающих в них процессов управления.

Обратимся теперь к понятиям, свойственным современному телевидению. Последнее определяется нами как научно-техническое направление в информатике, объединяющее вопросы электрооптического анализа и синтеза движущихся и неподвижных изображений и передачи их на расстояние по электрическим (в том числе радиотехническим) и волоконно-оптическим каналам связи. В основе электрооптического анализа и синтеза изображения лежит принцип последовательной и поэлементной развёртки двухмерного оптического изображения. При анализе происходит преобразование этого изображения в одномерный видеосигнал, являющийся функцией времени, при синтезе – обратное преобразование.

Таким образом, можно сделать вывод, что понятия, лежащие в основе видеоинформатики и телевидения, в целом совпадают, поскольку в обоих случаях речь идёт о передаче и воспроизведении изображений. Вместе с тем имеет смысл подчеркнуть, что видеоинформатика имеет более широкое трактование, чем телевидение, и включает в себя фотографию, кинематографию и прочие определённые направления. С другой стороны, в понятие «телевидение» правомерно включить любые видеоинформационные средства, использующие принцип развёртки изображения, такие как телевидение, цифровая фотография и факсимильная связь.

Одной из перспективных областей применения телевидения для решения видеоинформационных задач является техническое зрение роботов. Системы технического зрения роботов-манипуляторов служат для автоматического контроля изделий, осуществления сборочных и других технологических операций. В зависимости от сложности поставленной задачи они последовательно выполняют операции обнаружения, опознавания, классификации и измерения параметров контролируемых объектов. Общей отличительной особенностью систем технического зрения является работа в реальном времени, которая предопределяет получение, обработку и выдачу конечной информации в течение одного или максимум двух-трех телевизионных кадров.

Другим важным направлением в развитии прикладного телевидения является создание адаптивных (самонастраивающихся) систем, способных изменять свои параметры в зависимости от изменяющихся условий наблюдения. К ним относятся освещённость объекта, расстояние до него, наличие или отсутствие рассеивающей дымки и т. д. В адаптивных системах достигается оптимальное согласование характеристик системы и объекта, что способствует более успешному решению поставленной задачи. Процесс адаптации к внешним условиям позволяет во многих случаях перейти от специальных систем к универсальным, что экономически выгоднее как с точки зрения стоимости, так и с точки зрения эксплуатации аппаратуры.

Создание адаптивных и других, в том числе космических, систем требует передачи ими изображений в широком диапазоне яркостей (освещённостей) объектов, достигающих трёх-пяти порядков при одновременной высокой и сверхвысокой энергетической чувствительности. Непосредственное применение кремниевых ПЗС в этом плане, несмотря на рекламные обещания многих западных фирм, имеет весьма ограниченные возможности.

Перспективными с этой точки зрения являются сочленённые и гибридные фотопреобразователи, выполненные на основе электронно-оптических преобразователей, и матричные ПЗС. Преимущество таких фотоэлектронных преобразователей заключается также в возможности изменять чувствительность систем путём подачи переменного напряжения на микроканальную пластину ЭОП, непосредственно зависящего от освещённости объекта. В режиме электронного затвора сочленённые ФЗП позволяют реализовывать импульсные телевизионные системы наблюдения за быстродвижущимися объектами, в частности, на транспорте.

Таким образом телевидение следует рассматривать как раздел видеоинформатики, основой которого является развёртка двухмерного оптического изображения. Получаемый при этом одномерный видеосигнал даёт возможность производить многочисленные операции по обработке исходного изображения с целью извлечения из него необходимой информации, предназначенной для решения задач наблюдения, измерения параметров или управления различными объектами.