СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Новые компьютерные технологии ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА КИНОИЗОБРАЖЕНИЯ СРЕДСТВАМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. ЧАСТЬ ПЯТАЯ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ.

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА КИНОИЗОБРАЖЕНИЯ СРЕДСТВАМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

ЧАСТЬ ПЯТАЯ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ

© Казаков Ярослав Владимирович

Контакт с автором: yvk@nm.ru

Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения. Кафедра кино-видеоаппаратуры.



Эта статья завершает цикл статей, посвященных вопросу повышения качества кинематографического изображения посредством вычислительной техники, а именно увеличению количества кадров (повышению временной частоты) за счет воссоздания изображений в те моменты времени, когда кадровое окно было перекрыто обтюратором.

На основе анализа различных методов и систем обработки изображений в предыдущей статье было предложено формальное описание последовательности изображений в рамках одного монтажного плана, основанное на признаковом подходе. Используя предложенный метод, весь кинофильм можно представить как последовательность групп объектов, где каждая группа объектов описывает поведение всех изображенных в кадре субъектов на протяжении данного монтажного плана. Такой подход, во-первых, позволяет решить поставленную задачу, во-вторых, открывает широкие возможности для интеграции кинематографа с современными техническими средствами развлекательной индустрии.

Предложенный способ объектного описания, несмотря на свою простоту, является универсальным, так как сочетает в себе два основных подхода - разделение и объединение изображения. Очевидно, что каким бы эффективным не являлось теоретическое описание, конечный результат зависит от конкретных вариантов практической реализации. Поэтому в предыдущей статье была разработана модель процесса синтеза изображений промежуточных фаз движения.

Многообразие изображений и сложность формализации отдельных ситуаций, а также ограниченность в технических средствах вынуждает вводить различного рода ограничения, что соответственно сужает область применения модели. Данная статья будет посвящена анализу полученных при помощи предложенной модели практических результатов, определению области применения предложенного метода и исходных требований к кинофильму.

Экспериментальное исследование модели

Полученное ранее объектное описание последовательности изображений и модель процесса синтеза изображений промежуточных фаз движения теоретически позволяют устранить временные искажения в кинематографе. Однако это утверждение требует экспериментальной проверки. Эта проверка должна проводится в два этапа: подтверждение работоспособности предложенной модели и анализ применения модели для устранения временных искажений в кинематографе.

Методика эксперимента. Для подтверждения работоспособности модели необходимо синтезировать изображение промежуточной фазы движения и сравнить его с эталонным изображением. В экспериментах используется последовательность из трех искусственно созданных кадров, приведенная на рис. 1. На основании разработанной технологии обработки последовательности кадров и созданного программного обеспечения было получено изображение промежуточной фазы движения, представленное на рис. 2.

Из рисунка 2 (в) видно, что синтезированное изображение имеет более “размытые” границы, т.е. произошел смаз движущегося изображения. Анализируя рисунок 2 (б), можно заметить искажения формы фигур, выражающиеся в появлении тени. Тем не менее, в целом синтезированное изображение может быть оценено как удовлетворительное.

Рис.1. Последовательность исходных кадров: а – кадр в момент времени t-1, б – эталонное изображение промежуточной фазы движения, в – кадр в момент времени t.

Рис.2. Изображение промежуточной фазы движения: а – эталон, б – синтезированное изображение, в – межкадровая разность.

Следует отметить, что причиной, вызвавшей указанные ранее искажения, является использование несовершенного программного обеспечения, в частности, технологии двумерной трансформации изображения. Разработка более совершенной технологии, учитывающей многообразие кинематографических сюжетов и монтажных переходов, требует значительных теоретических и практических исследований.

На основе приведенного примера, а также полученного в ходе эксперимента тестового фильма можно сделать вывод о том, что предложенная модель синтеза изображений промежуточной фазы движения является работоспособной. Фрагменты тестового фильма представлены на рис. 3.

Рис.3. Последовательность синтезированных кадров, полученных для момента времени t-0.5.

Второй этап экспериментального исследования заключается в применении предложенной модели для обработки естественных изображений. Для этой цели использованы кадры из видео копии кинофильма “Мистер крутой”. Отбор кадров производился по следующим критериям:

Результаты обработки приведены на рис. 4. Следует заметить, что для повышения наглядности графическое изображение межкадровой разности было подвергнуто преобразованиям яркости и контраста. Серый цвет на полученных изображениях межкадровой разности следует считать соответствующим нулевому значению.

На представленных рисунках видно, что синтезированное изображение характеризуется незначительным смазом в областях, где присутствует движение, и практически полным соответствиям в неподвижных областях, что говорит о работоспособности предложенного метода при обработке произвольных изображений. Исключением является план “Бегущий человек” (рис. 4 второй ряд сверху), в котором изображения актера двоится, а области, прилежащие к актеру и к вертикальным границам кадра, имеют сильно искаженные формы. Тем не менее, участки фона и переднего плана, находящиеся на удалении от вертикальных границ кадра и актера, характеризуются только пониженной резкостью и не имеют видимых геометрических искажений. Это обстоятельство объясняется:

Данный план является предельным случаем, когда происходит значительное одновременное изменение всех параметров, описывающих область изображения, и был выбран специально для определения границ устойчивости объектного описания.

Следует добавить, что сюжет может оказывать значительное положительное влияние на качество синтезированного изображения. В частности при наличии в кадре четко выраженных субъектов, изображение последних будет автоматически использовано в качестве “опорных” объектов.

Для примера сравним два панорамных плана (рис. 4, ряд второй (план “Бегущий человек”) и ряд четвертый (план “Зал”)). Видно, что план “Бегущий человек” изначально характеризуется значительным смазом всего изображения по сравнению с планом “Зал”. Далее, план “Бегущий человек” имеет четко выраженные субъекты только в правой части кадра (машина, стена дома), в то время как левую часть кадра заполняет равномерный зеленый фон и нерезкое изображение здания коричневого цвета.

В отличие от плана “Бегущий человек”, план “Зал” характеризуется повышенной четкостью и имеет достаточное количество слабо изменяющихся областей изображения, так как смещение камеры при панорамировании имеет значительно меньшую величину (8,5%). К числу таких областей можно отнести рисунок на полу зала, лампы верхнего освещения, рекламный плакат, неподвижных людей на среднем плане, блики на поверхности стола и т.д. Все эти области выступают в роли надежных опорных объектов и позволяют точно рассчитать их промежуточное состояние. В этом случае происходит маскирование различного рода искажений общей площадью точно построенного изображения.

Относительно остальных изображений можно сказать, что они характеризуются малым межкадровым смещением и значительным количеством надежных опорных объектов. Анализируя план “Взрыв”, на изображении межкадровой разности можно заметить значительное искажение цветопередачи, вызванное большим значением межкадрового изменения интенсивности и отсутствием надежных опорных объектов в верхней части кадра, в области огня. На изображении “Разбитое стекло” в левой нижней части кадра практически полностью отсутствуют опорные объекты, что приводит к размытию изображения частей битого стекла. Однако при просмотре такого сюжета с частотой 48-60 с-1 существует вероятность маскирования этого размытия частотой проекции.


Рис.4. Результаты обработки естественных изображений.

В завершение анализа полученных результатов можно сказать, что проведенные эксперименты являются неполными и не в состоянии адекватно описать работу модели на произвольных изображениях, учитывая все многообразие сюжетов. Однако они в состоянии дать первую оценку работы предложенной модели, показать ее недостатки и направления дальнейшего совершенствования. Эти эксперименты также показали, что использование уже существующих методов цифровой обработки изображений позволяет устранить временные искажения в условиях кинематографа, несмотря на необходимость существенной доработки программного обеспечения.

Заключение

Проведенный теоретический и практический анализ вопроса воссоздания промежуточного изображения с целью устранения временных искажений в современном кинематографе показал, что существует возможность устранения искажений за счет применения предложенного метода объектного описания последовательность изображений и разработанного процесса синтеза изображений промежуточных фаз движения.

Дальнейшее развитие модели представляется интересным как в теоретическом направлении, так и с позиции практической реализации. Первоочередной задачей теоретических исследований является разработка и внедрение блока автоматизации обработки изображения.

Очевидно, что для обработки различных типов изображения желательно использовать различные параметры работы системы. Следовательно, основной задачей блока автоматизации является определение типа изображения и установка параметров, соответствующих наилучшему качеству данного типа изображения. В этой связи необходимо провести исследования в трех направлениях:

К числу практических исследований можно отнести:

Области применения. В качестве одной из областей применения можно предложить контекстно-зависимое сжатие изображения, аналогичное стандарту MPEG-4. Для этой цели необходимо разработать методы сжатия полученной в блоке анализа объектной информации.

Другой областью применения является индексация кинофильма для сохранения цифровой копии в базе данных кинофильмов (визуальная база данных).

Еще одна область использования системы, основанной на предложенной модели –перевод в стандарт КВК существующих киновидеоматериалов, реставрация и сохранение существующего фильмофонда.

Обобщая вышесказанное, можно предложить создание кинотелевизионного вычислительного комплекса, условная схема которого представлена на рис. 5.

На вход такого комплекса может поступать изображение от любого носителя информации, используемого для хранения последовательности кадров. Далее это изображение подвергается обработке на РС, где возможно производить полный монтаж фильма, включая звуковое сопровождение, реставрацию изображения, повышение частоты кадров, сжатие и индексацию. Полученную на выходе РС цифровую копию кинофильма можно хранить на любом существующем носителе информации.

Рис.5. Условная схема аналого-цифрового кинотелевизионного комплекса: НП – проявленная негативная пленка; ФС – фильм сканнер; РС – рабочая станция; ФП – фильм принтер; ВМ/DVD – устройство записи на видеокассету или лазерный диск; БДКФ – база данных кинофильмов; ПП – проявленная позитивная кинопленка; ВК – видеокассета; КД – компакт-диск; П – пользователь сети Интернет.

Областью применения разработанного программного обеспечения может являться учебный процесс. Программное обеспечение позволяет наглядно представить такие процессы цифровой обработки изображений как реставрация и улучшение изображений, подготовка изображений к машинному анализу, пространственно-временной анализ изображений, синтез двумерных изображений.

Дата публикации: 14 апреля 2003
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.