Глава 2. Принципы передачи цветного изображения
2.1. Цвет и его характеристики.
Электромагнитные волны в диапазоне 380 … 770 нм воспринимаются глазом в виде светового излучения. Если направить пучок солнечного света через призму, то выходящий пучок будет содержать непрерывный спектр цветов от фиолетового до красного, при этом каждому цвету соответствует своя длина волны.
Цвет имеет три субъективные характеристики: яркость, цветовой тон и насыщенность.
Яркость – характеристика зрительного ощущения, согласно которой источник излучения испускает больше или меньше света.
Цветовой тон – это ощущение того или иного цвета. Цветовой тон рассматриваемого объекта связан со спектральным составом излучения. По цветовому тону объекта мы можем судить об окраске объекта – красный, голубой, жёлтый и т.п. Поэтому цветовой тон удобно характеризовать длиной волны (λ) спектрального излучения.
Насыщенность – степень разбавленности данного цвета белым цветом. Чем больше белого цвета, тем меньше насыщенность. Например, розовая и красная краски не отличаются цветовым тоном. Различие заключается только в насыщенности. Наибольшей насыщенностью обладает монохроматический источник, излучающий свет одной длины волны.
Эти три характеристики не имеют никаких величин, выраженных в цифрах. О светлости и насыщенности можно говорить словами «больше», «меньше», «одинаково». О цветовом тоне говорят: фиолетовый, жёлтый, голубой и т.п.
Электромагнитное колебание светового диапазона со строго определённой длиной волны, называемое монохроматическим колебанием, вызывает ощущение вполне определённого цвета. Например, для ощущения зелёного цвета длина волны монохроматического колебания должна быть равна
λ = 555 нм. Однако реальные источники света излучают целое множество колебаний разной мощности и частоты.
2.2. Трёхмерное представление цвета.
Экспериментально установлено, что любой цвет может быть получен путём суммирования излучений красного FR, зелёного FG и синего FB цветов. Частоты FR , FG , FB называются частотами основных цветов. Три основных цвета – красный (R), зелёный (G) и синий (B) – являются взаимонезависимыми. Это означает, что смешением любых двух из этих цветов нельзя получить третий, тогда как любые другие цвета спектра (жёлтый, голубой, пурпурный, белый и т.п.) можно получить смешением в определённом соотношении двух или трёх основных цветов.
Измерением цвета и определением составляющих любой цветной смеси занимается колориметрия. Эта наука позволяет количественно и качественно определить любой световой поток. Прибор, позволяющий количественно и качественно определить световой поток, называется колориметром. Колориметры бывают простыми и сложными, позволяющими получить либо только качественную оценку исследуемого потока, либо и количественную, и качественную.
Опыты по сложению цветов удобно проводить с помощью равнобедренной призмы, имеющей белые матовые поверхности – грани А и Б (рис. 2.1)
Рис.2.1. Исследование цветовых потоков с помощью колориметра.
Представление любого цвета с помощью основных цветов производится в два этапа.
Первый этап. Экран колориметра разделён на две половины. На левую грань призмы направляют излучение белого цвета, называемое опорным цветом. На правую грань направляют смесь, состоящую из эталонных излучений красного, зелёного и синего цветов – F0R , F0G , F0B. Мощности излучений основных цветов подбирают таким образом, чтобы цвета правой и левой половин экрана не различались. Это осуществляется ослаблением потока каждого из эталонных источников в определённое количество раз. Когда оба поля экрана не будут отличаться друг от друга по контрастности, измерения считаются законченными и производится запись показаний приборов, измеряющих величину световых потоков основных цветов. Во всех дальнейших исследованиях эти значения световых потоков принимают за единичные количества основных цветов, необходимых для получения белого цвета, идентичного опорному белому цвету.
Второй этап. На левую грань призмы направляют излучение некоторого исследуемого цвета FЦ. На правую грань опять направляют смесь излучений основных цветов FR , FG , FB. Вновь мощности основных цветов подбирают так, чтобы цвета правой и левой половин экрана не различались по цвету и контрастности. Измеряют величины световых потоков источников основных цветов. Результаты опыта записывают в виде равенства
FЦ = FR + FG + FB ……………………… (2.1).
Эта запись следует из условия уравнивания цветов обеих половин экрана колориметра. Вычисляют отношения
FR / F0R = R, FG / F0G = G, FB / F0B = B …………… (2.2).
Записывают выражение (2.1) в виде
FЦ = R∙F0R+ G∙F0G + B∙F0B ……………….. (2.3).
Выражение (2.3) называется цветовым уравнением. Безразмерные величины R, G, и B называются координатами цвета. Физический смысл координат цвета в том, что они показывают, какое количество основных цветов надо взять, чтобы при их смешении получить данный цвет. Таким образом, суммированием трёх основных цветов – R, G и B – можно создать цвета любого цветового тона, но не любой насыщенности.
Свойства координат цвета:
Соотношение координат цвета R : G : B не изменяется при изменении яркости излучения;
Изменение яркости излучения в А раз приводит к изменению всех координат также в А раз;
Изменение цветового тона изменяет соотношение между координатами цвета;
Для опорного белого цвета все координаты цвета одинаковы;
Для излучений основных цветов две координаты равны нулю, а третья отлична от нуля.