Трехкомпонентное цветное зрение, система RGB

Яркостной и цветоразностные сигналы.

Основные требования к вещательной системе ЦТВ.

Цветопередача в ТВ

Способы получения цветного изображения

Трехкомпонентное цветное зрение. Система RGB.

Колориметрия

Лекция 5. ОСНОВЫ ЦВЕТНОГО ТВ

5.3. Методы смешения цветов.

5.1. КОЛОРИМЕТРИЯ

Понятие о цвете. Световые излучения, которые воспринимает глаз человека, лежащий в диапазоне волн 380-780 нм принято считать видимым спектром. При этом ощущение цвета зависит от спектрального состава этого излучения. Если все составляющие спектра имеют одинаковую мощность, то мы будем ощущать белый цвет. Ощущение цвета, отличного от белого, возникает, когда излучение содержит не все длины волн либо является неравномерным. Предельный случай неравномерного излучения – монохроматическое (одного цвета). Монохроматические излучения разной длины волны вызывают у человека ощущение различных спектральных цветов, обладающих максимальной насыщенностью.

Насыщенность - цветовой параметр, обозначающий степень разбавленности монохроматического цвета белым. Насыщенность белого = 0. Спектр монохроматических излучений условно разбит на 7 главных цветов (радуга), названия которых могут служить приблизительным обозначением цветового тона.

Цветовой тон и насыщенность не зависят от интенсивности излучения и характеризуют качество цвета. Количество цвета связано с величиной светового потока – светлота. Эти три параметра – субъективные. Им соответствуют физические величины – яркость (светлота), преобладающая длина волны (цветовой тон) и чистота цвета (насыщенность). Очень часто сочетание цветового тона и насыщенности, т.е. качественную характеристику цвета, называют цветностью.

Количество различимых глазом цветов велико – около 10 млн., различающихся по трем указанным параметрам. Описание такого множества оттенков невозможно без их классификации и символического обозначения. Цветовая система, позволяющая дать наиболее точное численное описание цвета, была создана на основе экспериментальных и теоретических работ многих ученых. Наука об измерении цвета– колориметрия, основанная на теории трехкомпонентного зрения и трехмерном цветовом пространстве.

Физиологические основы цветового зрения базируются на теории трехкомпонентного зрения, выдвинутой М.В. Ломоносовым в 1756 г. и развитой через 150 лет Г. Гельмгольцем. Согласно этой теории в сетчатке глаза имеется три вида колбочек, обладающих различной спектральной чувствительностью. Изолированное возбуждение одного из этих видов дает ощущение одного из трех насыщенных цветов – красного, синего, зеленого. Обычно воспринимаемое нами излучение содержит весь спектр видимого диапазона волн, но с разной спектральной интенсивностью. Это приводит к раздражению не одного, а двух или трех видов колбочек одновременно, но в разной степени. Различное соотношение возбуждений вызывает ощущение определенного цвета.

Колориметрическая система RGB использует координаты трех основных цвета R,G,B, и при графическом представлении цвета образует равносторонний цветовой треугольник RGB. (рис.5.1).Внутри него лежат все цвета, которые могут быть правильно воспроизведены смешением этих основных. С помощью треугольника можно наглядно представить себе количественные и качественные соотношения колориметрии и по нему удобно изучать законы смешения цветов. При перемещении по сторонам треугольника будут меняться цвета, в центре будет находиться точка белого цвета, и при перемещении от сторон к центру будет меняться насыщенность, т.е. разбавление цвета белым. Любой цвет в системе описывается f’F = r’R + g’G + b’B. Причем нормируют не абсолютные значения единичных цветов, а из соотношение. Его выбирают таким, чтобы при сложении в численно равных количествах получилось ощущение равноэнергетического белого цвета.

Рис.5.1. Система RGB

Где величины представляют собой цветовые свойства среднего наблюдателя, фиксирующего достижения цветового равенства - удельных цветовых коэффициентов или удельных координат от длины волны (кривые смешения), которые были стандартизированы в 1931 г. МКО на основе экспериментальных результатов, полученных Райтом и Гилдом.

Отрицательные участки кривых показывают, что в цветовом уравнении величины коэффициентов имеют отрицательное значение, т.е. не все цвета могут быть получены смешением основных реальных цветов системы.

Колориметрическая система RGB (рис.5.1.)удобна для проведения экспериментальных исследований, т.к. ее основные цвета являются реально существующими, однако наличие отрицательных участков затрудняет создание измерительных приборов – колориметров. Кроме того, для определения яркости цвета необходимо знать величины всех трех основных потоков.

5.3. МЕТОДЫ СМЕШЕНИЯ ЦВЕТОВ

В ТВ используют локальное, пространственное и бинокулярное смешение цветов.

Локальное может быть одновременным (оптическим), когда на одну поверхность (рис.5.2,1) проецируется два или несколько излучений, вызывающих каждый в отдельности ощущение разных цветов, и последовательным, когда излучения воздействуют на глаз одно за другим. При быстрой смене излучений в зрительном аппарате возникает ощущение единого результирующего цвета.

Рис.5.2. Принцип локального смешения цветов

При пространственном смешении участки, окрашиваемые опорными цветами, имеют достаточно малые размеры, и глаз воспринимает их как единое целое – мелкие штрихи, мозаика и т.д. Чаще всего такой метод используется для воспроизведения цветного изображения на ТВ экране.

Бинокулярное смешение – смешение двух или нескольких цветов путем раздельного раздражения левого и правого глаза разными цветами, в результате чего возникает ощущение нового цвета. Для получения цветного ТВ изображения датчики ТВ сигналов должны не только осуществлять поэлементный анализ, но и спектральное разделение воздействующего излучения на три составные части, аналогично нашему зрительному аппарату. На приемном конце требуется обратное действие.

Установлено 3 закона смешения цветов:

1. Для всякого цвета имеется другой цвет, от смешения с которым может образоваться белый цвет. Такие 2 цвета называются дополнительными.

2. При смешении 2 различных цветов, лежащих по спектральной шкале цветов ближе друг к другу, чем цвета дополнительные, образуется новый цвет, по тону лежащий между смешиваемыми цветами

3. При смешивании 2 одинаковых цветов образуется смесь того же цвета.

В основном законе смешения говорится, что любые 4 цвета находятся в линейной зависимости, т.е. любой цвет может быть выражен через любые 3 взаимнонезависимых цвета: f’F = r’R + g’G + b’B. Здесь F, R, G, B – единицы излучения произвольного и трех основных цветов, а f’, r’, g’, b’ – множители, указывающие количество этих излучений, - модули этих цветов или цветовые коэффициенты.