Зазвичай зображення, яке передається по ТБ, є напівтіньовим. Це означає, що, крім яскравих і темних місць, відповідних Вмакс і вминаючи. в зображенні ще є багато проміжних градацій яскравості, так званих півтіней. Наявність великої кількості цих півтіней робить зображення більш художнім, живим і соковитим і збільшує розбірливість обрисів. Тому правильна передача градацій яскравості є важливим фактором у створенні високоякісного ТВ зображення. Бувають випадки, коли немає необхідності в переданому зображенні мати повний набір градацій яскравості, коли можна обійтися тільки двома крайніми значеннями яскравості: Вмакс і вминаючи. До таких випадків можна віднести, наприклад, передачу написів (чорні букви на світлому фоні), технічних креслень та ін. Але передачі зі студії, передачі художніх фільмів і т. П. Обов'язково вимагають хорошого відтворення півтіней.
Передача і відтворення великого числа градацій пов'язані з підвищенням вимог до ТВ апаратурі. Тому суттєво з'ясувати граничне число помітних градацій, перевищення якого призводить тільки до ускладнення апаратури без поліпшення якості зображення. Як і в багатьох інших випадках, приладом, що визначає розумну межу максимального числа градацій яскравості, є людське око.
Для того щоб визначити максимальну кількість градацій, треба знайти той поріг, при якому людина помічає різницю в двох сусідніх значеннях яскравості. Уявімо собі два суміжних світяться поля (рис. 2.18.а). Перед цими полями знаходиться група глядачів. На початку досвіду В1 = В2. Потім при постійній, наприклад, яскравості В1 будемо повільно змінювати яскравість В2. Глядачі незалежно один від одного, не змовляючись, повинні повідомити момент, коли кожен з них помітив, що В2 стала відрізнятися від В1.
Таким чином, визначається мінімальна величина, при якій глядач помічає різницю в цих двох яркостях (тут DВn - індивідуальні показання глядачів, а n - число глядачів).
Подібні експерименти проводилися неодноразово, і вони встановили з очевидністю наступний для практики факт: мінімальна величина приросту яскравості D В залежить від величини початкової яскравості В1. Чим більше В1. тим більше виявляється D В = çВ2 - В1 ê. Пояснимо цю обставину прикладом. ТВ екран має яскравість 40 кд / м 2 (на білому). Для того щоб було хоча б трохи помітно збільшення (або зменшення) цієї яскравості, її потрібно буде змінити на 0,8кд / м 2. т. Е. Яскравість в 40,8 кд / м 2 або 39,2 кд / м 2 буде на око ледь помітно відрізнятися від яскравості в 40 кд / м 2. Яскравість лампи розжарювання становить 5 × 10 6 кд / м 2. Зміна цієї яскравості на 0,8 кд / м 2 ніяк не буде помітно на око. Щоб отримати відчуття хоча б невеликого зміни яскравості, в цьому випадку D В має становити 2,5 × 10 5 кд / м 2.
Щоб підрахувати максимальну кількість помітних градацій яскравості на екрані кінескопа, уявімо собі зображення у вигляді смуг з поступово збільшується яскравістю (рис. 2.19), причому яскравість кожної смуги відрізняється від сусідньої на мінімальну величину D В. яка визначається контрастною чутливістю очі d.
при d<<1 (в нашем случае d =0,02¸0,05) ln(1+d) » d. Кроме того, используя связь между натуральным и десятичным логарифмом lnx = 2,31gx, получим:
Максимальне число градацій яскравості m, помітних оком, виявляється прямо пропорційно логарифму контрастності b і обернено пропорційним контрастної чутливості d.
Прийнявши для телебачення b = 10 ¸ 40, а d = 0,03. отримуємо
т. е. в середньому близько 100.
Ми до сих пір міркували про мінімально помітному збільшенні яскравості. При будь-якій зміні яскравості відповідну зміну відчуття в свідомості людини визначається добре підтверджуються експериментами законом Вебера - Фехнера. Підходячи до певної міри формально, запишемо закон Фехнера [вираз (2.23)] у вигляді нескінченно малих збільшень: (2.23)
де dS - нескінченно малий приріст відчуття. Проинтегрируем праву і ліву частини виразу (2.6.12.):
де В0 - початкове значення яскравості; В - значення яскравості після її зміна; S0 - початкове відчуття; S - відчуття після зміни яскравості.
Формула (2.24) і називається законом Вебера - Фехнера. Згідно з цим законом відчуття пропорційності логарифму яскравості.
Графік залежності S = | (B), побудований на підставі формули (2.24), представлений на рис. (2.20)
Мал. 2.20. Графік відчуття яскравості (закон Вебера - Фехнера)
Цей графік, добре узгоджується з практикою, показує, що між яскравістю і викликається в зоровому апараті людини відчуттям немає прямої пропорційності. У міру збільшення яскравості відчуття зростає все повільніше і повільніше. Це чудова властивість зору відіграє велику роль в повсякденному житті людини. Пояснимо цю обставину прикладом. Яскравість, слабо помітна людським оком, становить приблизно вминаючи »0,01 кд / м 2. Слепящая яскравість, яку ще можна насилу терпіти (нитка лампи розжарювання), Вмакс = 10 7 кд / м 2. Таким чином, повний динамічний діапазон видимих яркостей складе Вмакс / вминаючи = 10 7/10 -1 = 10 8. Було б немислимо такий діапазон яркостей (сто мільйонів разів) укласти в свідомості людини в разі прямої пропорційності між відчуттям і відповідної йому яскравістю. Особливість зору, що підкоряється логарифмічною закону Вебера - Фехнера, як би стискає цей гігантський діапазон в свідомості людини. За формулою (2.24) відчуття змінюється тільки в 18 разів: ln10 7/10 -1 = 18,4.