2.12. Принципы получения цветного изображения
Получение цветного изображения основывается на трехкомпонентной теории зрения, которая предполагает, что ткань сетчатки глаза содержит 3 вида колбочек, обладающих спектральной чувствительностью. Изолированное возбуждение каждой из них дает ощущение синего, зеленого и красного цвета. Чувствительность глаза к этим цветам различна: желто-зеленый воспринимается как самый яркий, красный кажется темнее зеленого, а синий – значительно темнее зеленого и красного. Свет возбуждает одновременно все виды колбочек, и ощущение того или иного цвета определяется соотношением мощностей всех основных цветов. Если это соотношение изменяется, то возникает ощущение изменения цвета. Изменение абсолютного уровня возбуждения колбочек при неизменном соотношении мощностей цветовых потоков воспринимается глазом как изменение яркости. Все цвета делятся на основные и дополнительные. Основные цвета (R, G, B) не могут быть получены за счет смешивания. Для передачи по каналу связи информация о цвете изображения разлагается на 3 составляющие (R, G, B). На приемной стороне такое изображение осуществляется с помощью трехтрубочной камеры.
Отраженные от объекта лучи проходят через дихроичные (фильтрующие) зеркала 1 и 4, и обычные зеркала 2 и 6 разделяются на основные цвета R, G, B (рис. 2.7). Затем, пройдя через объективы 3, 5 и 7, попадают на фотокатоды передающих трубок R, G, B. Эти трубки преобразуют цветовые сигналы в электрические. Далее электрические сигналы попадают на усилители 8, 9, 10, с выхода которых снимаются сигналы ER, EG, EB. Далее эти сигналы попадают на гамма-корректоры 11, 12, 13, которые формируют скорректированные цветовые сигналы ER, EG, EB. Гамма-коррекция необходима для получения линейной зависимости между изменением яркости свечения экрана и модулирующим напряжением на катоде кинескопа.
Рис. 2.7. Получение цветоделённых изображений в трёхтрубочной камере
Сигналы основных цветов, прошедшие гамма-коррекцию, используются для образования сигнала яркости EY и двух цветоразностных сигналов ER-Y и EB -Y.
2.13. Сигнал яркости
Сигнал яркости предназначен для черно-белого изображения в черно-белых и цветных телевизорах. Он формируется из сигналов основных цветов, что позволяет производить нормальное черно-белое изображение с правильной передачей яркости цветного объекта. По рис. 2.8, б максимальной чувствительности глаза соответствует длина волны = 555 н.м. (желто-зеленая). Чувствительность глаза к длинам волн R, G, B составляет соответственно 0,59; 0,3 и 0,11 от максимума. Соответственно при одинаковых цветовых потоках этих цветов их восприятие глазом будет неодинаково. Относительное содержание сигналов основных цветов в сигнале яркости должно соответствовать уравнению
EY = 0,3ER + 0,59EG + 0,11EB. (2.1)
а б
в
Рис. 2.8. Влияние γ-коррекции на характер изменения яркости свечения кинескопа Виз:
а – от приложенного напряжения Uмод; б – кривая относительной видимости (чувствительности); в – простейшая матричная схема
В соответствии с уравнением (2.1) должны подбираться резисторы матрицы. Однако при этом необходимо учитывать, что величины R1, R2, R3 должны быть большими с целью устранения влияния источников этих сигналов друг на друга.
Любой цвет передаваемого изображения характеризуется цветовым тоном, который определяет его окраску (R, B и т.д.), насыщенностью (степень разведения белым цветом) и яркостью. Так как яркость в любой точке изображения передается с сигналом EY, ее можно исключить из сигналов основных цветов, получив таким образом цветоразностные сигналы:
EG - EY = EG-Y; ER - EY = ER-Y; EB - EY = EB-Y. (2.2)
На рис. 2.9 показано образование цветоразностных сигналов из сигналов основных цветов ER и EB. Они имеют форму прямоугольных импульсов и отличаются друг от друга по частоте: сигналы красного ER – на двойной частоте, а сигналы синего цвета EB – на четырехкратной частоте строчной развертки. Соответственно каждый сигнал при отсутствии двух других создает на экране изображение одноцветных полос, число которых зависит от соотношения между частотой данного цвета и частотой строк. Так, прямоугольные импульсы сигнала EG передаются на основной строчной частоте и разделяют растр пополам (рис. 2.9, б). Одна половина будет зеленой, другая – черной. Прямоугольные импульсы сигнала E’R, передаваемые на двойной строчной частоте, создают две красные и две чёрные полосы (рис. 2.9, в). Сложение этих трёх составляющих формирует изображение вертикально расположенных полос, яркость которых уменьшается слева направо, начиная с белой (E’R + E’G + E’B). Далее идут жёлтая полоса (E’R + E’G), голубая (E’G + E’B), зелёная, пурпурная (E’R + EB’), красная, синяя и чёрная.
Если же сложить сигналы (E’R, E’G и E’B, рис. 2.9, д-ж) в пропорциях, определяющих структуру сигнала яркости, то получится сигнал, имеющий ступенчатую форму, при котором на экране воспроизводится серая шкала (рис. 2.9, з). В этом сигнале яркость понижается слева направо. На рис 2.9, и показана форма красного цветоразностного сигнала E’R-Y, которая формируется вычитанием из сигнала прямоугольной формы E’R (рис. 2.9, е) ступенчатого сигнала E’Y (рис. 2.9, з). Подобным образом формируется и сигнал E’B-Y (рис. 2.9, к).
Характерным для цветоразностных сигналов является то, что в них имеются положительные и отрицательные значения напряжений.
Рис. 2.9. Образование цветоразностных сигналов
Для возможности количественной оценки соотношений между цветоразностными сигналами их уровни на рис. 2.9 приведены в относительных единицах. При этом уровень 0 (нулевой) соответствует запиранию кинескопа, а уровень 1,0 – максимальной яркости свечения в каждом цвете.
В полном сигнале цветного телевидения передаются только цветоразностные сигналы E’R-Y и E’В-Y. Третий цветоразностный сигнал E’G-Y c информацией о цветовом тоне и насыщенности зелёной составляющей цветного изображения не передаётся, а формируется в телевизоре из сигналов E’R-Y и E’В-Y при помощи матричной схемы. Однако этот сигнал имеет отрицательное значение, т.е. -E’G-Y. Наличие знака минус показывает, что данный сигнал подаётся на матрицу в отрицательной полярности. Применение цветоразностных сигналов позволяет уменьшить заметность помех на экране чёрно-белых телевизоров при приёме цветного изображения и упростить радиоканал цветного телевизора. В действительности для чёрно-белого изображения E’R = E’В = E’G = E’Y и соответственно E’R - E’Y = 0; E’В - E’Y = 0. В телевизоре при помощи соответствующих матриц цветоразностные сигналы вновь преобразуются в сигналы основных цветов.