Анализ алгоритма цветового кодирования
Из множества известных алгоритмов кодирования необходимо выбрать тот, который наилучшим образом решает задачу повышения информационной емкости изображения. В работе [41] были рассмотрены простые алгоритмы кодирования. Следует отметить, что выбор алгоритмов в первую очередь определяется способом контрастирования: кодирование изображения на электронных элементах или использование персонального компьютера.
При выборе алгоритмов кодирования следует учитывать, что увеличение информационной емкости черно - белого изображения напрямую связано также и с числом участков, на которые разбивается динамический диапазон сигнала черно-белого изображения. При двух и более участках, динамический диапазон каждого участка растягивается в соответствующее число раз, что, естественно, приводит и к увеличению информационной емкости изображения (эффект микроскопа). Проведенные исследования показали, что из множества алгоритмов цветокодирования оптимальным следует считать тот, который охватывает все цвета треугольника Максвелла.
Рассмотренные варианты (рис.16.8) были предназначены для схем без использования ЭВМ. Здесь главным критерием была простота устройства кодирования. При использовании компьютеров этот критерий не играет существенной роли.
Дальнейшие пути увеличения информационной емкости связаны с ростом числа участков и изменением цветов по трем параметрам - яркости, насыщенности и цветовому тону.
При выборе оптимального алгоритма кодирования следует помнить, что разностный порог различимости цветов уменьшается при одновременном изменении всех его параметров. То есть алгоритм изменения цветов должен охватывать треугольник Максвелл, стороны которого имеют цвета со 100%-й насыщенностью. Внутри треугольника RGB цвета изменяются по яркости, насыщенности и цветовому тону. Совершенно очевидно, что на некоторых участках цвет может изменяться только по двум или трем параметрам. При этом повторение цветов недопустимо.
Учитывая вышесказанное, рассмотрим алгоритмы кодирования с разбиением динамического диапазона сигнала черно-белого телевидения на 8 и 16 участков. Разбиение динамического диапазона сигнала черно-белого изображения на 8 участков (рис.16.9) приведет к формированию напряжений на электродах цветного кинескопа 
и 
, изображение от которых изменяется по яркости, цветовому тону и насыщенности. Так на 1-ом участке изменяется только яркость цвета, на 2-6 участках изменяются яркость и цветовой тон изображения, на 7-ом участке изменяется как яркость, так и насыщенность.
На последнем участке цвет изменяется по яркости от максимума до нуля. Информационная емкость рассмотренного алгоритма является максимальной по сравнению с предыдущими алгоритмами (рис.16.8-16.8.1). Увеличение информационной емкости здесь происходит за счет более богатой гаммы цветов и большего числа участков (8 вместо 4).
Возникает вопрос, увеличивается ли информационная емкость цветокодированного изображения при удвоении числа участков. При построении алгоритма кодирования необходимо исключить повторение цветов. Представленный на рис.16.10. алгоритм полностью удовлетворяет этому требованию.
Анализируя представленный на рис.16.10 алгоритм, видно, что растягивание динамического диапазона от минимального до максимального значений в цветном кинескопе цветокодированного изображения приходится на два участка, то есть возвращаемся к предыдущему варианту.
Рис. 16.9. Алгоритм цветового кодирования с разбиением динамического диапазона сигнала черно-белого изображения на 8 уровней
Рис. 16.10. Алгоритм цветового кодирования с разбиением динамического диапазона сигнала черно-белого изображения на 16 уровней
Таким образом, увеличение участков деления черно-белого сигнала только усложняет процесс кодирования, не увеличивая информационной емкости цветокодированного изображения.
Заслуживает внимания спирально-треугольный алгоритм цветового кодирования (рис.16.11). Главный его недостаток – цвета внутренних треугольников весьма близки между собой и плохо различаются, что приведет к ошибкам в работе оператора. Кроме того, динамический диапазон сигналов от внутренних треугольников быстро уменьшается, что приводит к уменьшению информационной емкости цветокодированного изображения.
Естественно, выбор оптимального алгоритма кодирования зависит от конкретной задачи, поставленной перед оператором. Например, требуется выделить на изображении все участки заданного интервала яркости. Поставленная задача может быть решена двумя путями:
1.Выделенный участок растягивают от черного до белого до полного динамического диапазона кинескопа. Остальные участки на экране кинескопа не воспроизводятся, уходя в область отсечки и насыщения модуляционной характеристики кинескопа. Информационная, емкость при этом увеличивается только за счет растягивания динамического диапазона сигнала выделенного сигнала.
2.Цветовое кодирование выделенного участка многократно увеличивает информационную емкость изображения. При необходимости заданный интервал яркости также может быть разбит на участки, каждый из которых растягивается до полного размаха сигнала цветного кинескопа. При большой зашумленности изображения выделенные участки рекомендуется рассматривать на участках выше уровня серого, где помехи визуально менее заметны, чем на темных участках.
Рис. 16.11. Спирально-треугольный алгоритм цветового кодирования
Таким образом, подытоживая вышесказанное, можно сделать следующие выводы.
1. Цветовое контрастирование черно-белого изображения повышает визуальную информационную емкость исходного изображения. Хотя содержащаяся в изображении информация не увеличивается, но благодаря лучшему согласованию его параметров с особенностями зрения возможности и резервы зрительной системы человека используются более эффективно.
2. Аналоговым способом цветового контрастирования присуще серьезные недостатки: невозможность изменения алгоритма цветового кодирования от ЭВМ; переходные процессы, возникающие в устройствах в моменты срабатывания, приводят к ложным контурам в изображении.
3. Дискретные способы цветового контрастирования в отличие от аналоговых наиболее оперативны, позволяют легко изменять алгоритм кодирования и вести обработку сигнала с помощью ЭВМ.
4. При цветовом кодировании видеосигнала с широкой полосой частот рекомендуется перед контрастированием этот сигнал предварительно ограничить по полосе частот, преобразовать в цифровую форму, произвести раскрашивание изображения в условные цвета по заданному алгоритму кодирования и после ЦАП смешать его с исходным широкополосным сигналом, несущим информацию о мелких деталях.
5. Цветокодирующее устройство составленное из логических элементов, является наиболее простым в настройке, надежным в работе, путем простого переключения позволяет получить 3–4 алгоритма кодирования, рекомендуется для использования в прикладном телевидении – в дефектоскопии, рентгеноскопии, интроскопии и других областях.
6. ЦКУ с программируемым алгоритмом кодирования на ОЗУ целесообразно использовать в научных исследованиях.
7. Перспективным, эффективным и практически единственным в смысле повышения информационной емкости является цветовое контрастирование черно – белых изображений с применением персонального компьютера.