Основы колориметрии

СИСТЕМЫ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Лекция 4. ОСНОВЫ КОЛОРИМЕТРИИ. СОВМЕСТИМЫЕ

Цвет – величина трехмерная. Следовательно, он может быть представлен вектором в некотором трехмерном пространстве и характеризуется тремя параметрами:

1. Светлота (по смыслу – яркость) – количество, т.е. длина вектора.

2. Цветовой тон, который в простейшем случае определяется доминирующей в спектре длиной волны.

3. Насыщенность – процентное содержание цвета в его смеси с белым. Насыщенность чистого спектрального тона – 100 %, насыщенность чистого белого – 0 %.

Параметры 2 и 3 вместе характеризуют качество цвета и имеют суммарное название цветность.

Цвета можно смешивать друг с другом, что дает несколько тысяч различаемых человеческим глазом цветов и оттенков. Различают несколько способов смешивания цветов.

1. Локальное смешивание: все смешиваемые цвета ложатся на одну и ту же поверхность.

2. Пространственное смешивание: цвета (напр., полосы разных цветов) разнесены в пространстве, но расстояние между ними меньше разрешающей способности нашего зрения. Именно этот способ используется в телевизионных кинескопах.

3. Последовательное во времени смешивание цветов. Если частота смены цветов превышает критическую частоту мельканий, наш глаз видит некоторый суммарный цвет.

4. Бинокулярное смешивание цветов.

Из нескольких законов смешивания цветов для нас наиболее важен первый закон, который гласит:

Четыре цвета всегда находятся в линейной зависимости. Это значит, что по крайней мере один из них можно получить линейной комбинацией (алгебраическим суммированием с весовыми коэффициентами) трех оставшихся. Три цвета могут быть как линейно зависимыми (напр., красный, желтый, оранжевый или синий, желтый, зеленый), так и линейно независимыми, причем линейно независимых троек цветов существует сколь угодно много.

Первый вывод из этого закона: произвольный цвет алгебраически может быть представлен уравнением вида

d₁D = r₁R + g₁G + b₁B, (10)

где малые буквы представляют собой весовые коэффициенты, т.е. количество данного цвета, а большие буквы – опорные вектора (орты) R, G, B системы
координат. Чаще предпочитают работать с цветностью, для чего все члены уравнения делят на d₁. В полученном для цветности уравнении

D = rR + gG + bB (11)
сумма трехцветных коэффициентов равна единице (r + g + b = 1).

Следует иметь в виду, что если речь идет о световых излучениях, то коэффициенты r, g, b могут быть только положительными, т.к. человечество не умеет вычитать световые излучения (хотя и существует субстрактивный метод смешения цветов). Электрические сигналы, эквивалентные цветам, вычитать, безусловно, можно.

Второй вывод: троек опорных векторов можно подобрать сколь угодно много. Чтобы избежать произвола и неоднозначности, Международная Комиссия по освещенности стандартизовала для цветного телевидения следующие длины волн опорных цветов.

· Красный – R Þ l» 700 нм.

· Зеленый – G Þ l» 546 нм.

· Синий – В Þ l» 435 нм.

*

G R B Q

Рис. 13.

Если в цветовом пространстве провести через единичные точки на осях координат R, G, B плоскость Q, это будет плоскость цветности, т.е. единичных количеств всех цветов. Реально существующие цвета ограничены на этой плоскости линией спектрально чистых цветов (т.е. с насыщенностью 100%). Между крайними точками этой кривой, соответствующими красной и фиолетовой границам видимого цвета, формально проводят прямую линию так называемых пурпурных цветов. За пределами полученной замкнутой площади, которая называется цветовым локусом, реальных (т.е. видимых глазом) цветов нет, хотя и есть в колориметрии система координат XOY, в которой математически существуют формальные цвета, лежащие за пределами локуса.