Принципы формирования цветного телевизионного изображения. Его характеристики— яркость, цветовой фон, насыщенность

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по дисциплине

«Техника  и технологии телевидения»

На тему:

«Принципы формирования цветного телевизионного изображения. Его характеристики— яркость, цветовой фон, насыщенность» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2011 г.

ВВЕДЕНИЕ

    В 1907—08 русский инженер И. А. Адамиан предложил метод одновременной передачи цветовых кадров, а в 1925 — систему трёхцветного телевидения с последовательной передачей цветовых полей с помощью развёртывающего диска П. Нипкова (технически реализована английским изобретателем Дж. Бэрдом в 1928). В 1929 в лаборатории «Американ телефон энд телеграф компани» (США) демонстрировалась одновременная система Цветное телевидение с механической развёрткой; в ней для передачи сигналов пользовались тремя независимыми каналами. В 1929 советский инженер Ю. С. Волков предложил применять в приёмнике Цветное телевидение электроннолучевую трубку с тремя экранами; оптическое совмещение трёх цветоделённых изображений (в основных цветах R, G и В) осуществлялось с помощью полупрозрачных зеркал. В 1938—50 в США радиовещательной компанией Коламбия бродкастинг систем (CBS) была разработана последовательная система Цветное телевидение электронного типа; с 1951 по 1953 она использовалась в США в качестве стандартной системы телевизионного вещания. Аналогичная система была разработана в СССР в 1948—53 (в 1954—56 в Москве по этой системе проводилось опытное вещание). В 1953 в США было начато цветное телевизионное вещание по системе NTSC, принятой в качестве стандартной в США (1954), Канаде (1964) и ряде др. стран Американского континента, а также в Японии (1960). В 1958 в СССР была создана система Цветное телевидение с т. н. квадратурной модуляцией цветовой поднесущей, совместимая с системой черно-белого телевидения, которая использовалась с 1959 для опытного телевизионного вещания. В 1966 была создана советско-французская система «SECAM = III», введённая в эксплуатацию одновременно в СССР и Франции в октябре 1967 (см. СЕКАМ). С 1967 началось цветное телевизионное вещание в ФРГ, Великобритании, Нидерландах и др. странах Западной Европы, а также в Австралии по системе PAL, разработанной в 1962—66 в ФРГ.

Понятие о цвете

  Ощущение цвета есть результат субъективного восприятия зрительным аппаратом объективно существующих световых излучений. Воздействующее на глаз излучение определенного спектрального состава дает ощущение одного присущего ему цвета. Известный спектральный состав и интенсивность излучения полностью определяют его цвет. Количество различимых глазом цветов очень велико и требует их классификации и символического обозначения. Цветовая система, позволяющая дать наиболее полное численное описание цвета, была создана на основе теоретических и экспериментальных работ, осветивших природу цветного зрения и положивших в основу построения науки об измерении цвета - колориметрии - понятие о трехмерном цветовом пространстве. Физиологические основы цветового зрения базируются на трехкомпонентной теории, согласно которой мы допускаем существование в нашем зрительном анализаторе трех видов аппаратов, каждый из которых чувствителен к определенному участку видимого спектра – коротковолновому, средневолновому, длинноволновому .

    Изолированное  возбуждение одного из этих аппаратов дает ощущение одного из трех насыщенных цветов - синего, зеленого, красного. Обычно воздействующее излучение содержит весь спектр видимого диапазона длин   волн, но с разной спектральной интенсивностью. Это приводит к раздражению не одного, а двух или трех световоспринимающих аппаратов одновременно. Различное соотношение возбуждения световоспринимающих аппаратов вызывает ощущение цвета. Теория эта хорошо согласуется с законами смешения цветов, которые косвенно ее подтверждают. В телевидении используется локальное, пространственное и бинокулярное смешение цветов. Локальное смешение может быть одновременным (оптическим), когда на одну поверхность проектируется два или несколько излучений, вызывающих каждый в отдельности ощущение разных цветов, и последовательным, когда аналогичные излучения воздействуют на глаз последовательно одно за другим. При быстрой смене излучений в глазу возникает ощущение единого результирующего цвета.

    При пространственном смешении участки, окрашиваемые смешиваемыми цветами, имеют достаточно маленькие размеры, и глаз воспринимает их как единое целое. Примером этому могут служить мелкие цветные штрихи, мозаика и др. Бинокулярным смешением называют смешение двух или нескольких цветов путем раздельного раздражения левого и правого глаз разными цветами, в результате чего возникает ощущение нового цвета.

    Основной закон смешения утверждает, что любой цвет может быть выражен с помощью трех основных цветов

f'F = r'R + g'G + b'B, (1.1)

здесь f'F - излучение произвольного спектрального  состава, единица которого обозначена через F, а количество единиц - через f', R, G, B -единичные цвета выбранных  излучений, соответствующих красному (R), зеленому (G) и синему (В) цветам; r', g', b' - множители излучений, указывающие, в каких количествах смешиваются  излучения, соответствующие единице  цветов R, G, B.

   Для измерения цвета в качестве основных (единичных) цветов R, G, B были выбраны монохроматические излучения с длинами волн:

l  = 700 нм;  l = 546 нм;  l = 435 нм.

   Из уравнения (1.1) следует, что цвет является величиной трехмерной, а следовательно, характеризуется тремя параметрами, например, светлотой, цветовым тоном и насыщенностью. Светлота определяется количественной характеристикой цвета – его яркостью, а цветовой тон и насыщенность – качественной характеристикой цвета - цветностью. Под цветовым тоном понимают характерное свойство цвета, позволяющее обозначить его как красный, зеленый, синий и т.д. Насыщенность цвета определяется степенью его разбавленности белым. Насыщенность максимальна для чистых спектральных цветов и равна 0 для белого цвета.

   Перечисленные параметры являются субъективными, так как не могут быть подвержены объективному измерению. Однако им соответствуют физические параметры излучения – яркость L, доминирующая (преобладающая) длина волны l  и чистота цвета р. Субъективные и физические параметры связаны между собой, так как увеличение яркости приводит к увеличению светлоты, изменение доминирующей длины волны – к изменению цветового тона, а возрастание чистоты цвета – к увеличению насыщенности.

Геометрическое  представление цвета

    Трехмерность цвета, вытекающая из (1.1), позволяет представить его вектором в трехмерном пространстве, которое называется цветовым. При этом длина вектора характеризует количественную характеристику цвета – яркость, а направление вектора в пространстве – его качественную характеристику – цветность. Все векторы в цветовом пространстве выходят из точки нулевой яркости, соответствующей черному цвету. Совокупность направлений векторов реальных цветов образует цветовое тело, которое принято называть конусом реальных цветов. Сказанное иллюстрирует pис. 8.1, где в колориметрической системе, построенной на векторах трех основных цветов R, G, B, изображена коническая поверхность, образованная векторами цветов монохроматических излучений.

   Поскольку в телевизионном изображении абсолютные значения яркости объекта не воспроизводятся, при проведении большинства цветовых расчетов в телевидении пользуются качественной характеристикой цвета – цветностью, которая характеризуется цветовым тоном и насыщенностью и, следовательно, является величиной двумерной, т.е. может быть определена точкой на плоскости. Hаиболее удобной для цветовых расчетов является единичная плоскость Q, пересекающая координатные оси R, G, B в точках, соответствующих единичным количествам основных цветов R, G, B.

     След пересечения плоскости Q с конической поверхностью цветового тела образует локус чистых спектральных цветов. Следы пересечения этой плоскости с координатными плоскостями образует равносторонний цветовой треугольник RGB. Любая точка в плоскости треугольника RGB, например точка белого цвета Е, характеризует направление цветового вектора Е в пространстве, т.е. качественную характеристику цвета - цветность. Координаты точки в треугольнике определяются выражением r = r'/m, g = g'/m, b = b'/m, где величина m = r'+g'+'b называется модулем цвета, а величины r, g, b - координатами цветности, сумма которых r+g+b =1.

                                                          

Рис.1 

   Принцип формирования цветного изображения наиболее просто поясняется на рис.2. Если экран подсвечивать тремя независимыми проекторами с красным, синим и зеленым фильтрами, на выходе которых установлены диафрагмы, регулирующие яркость света каждого из проектора, то возможна реализация любого цвета (рис.2).

Рис.2 

Для передачи по телевидению многоцветное изображение  объекта на передающей стороне должно быть разделено на три одноцветных  изображения (в красном, зеленом  и синем цветах). Далее видеосигналы ЕR, ЕG, ЕB  данных одноцветных изображений  следует передать по каналу связи  по аналогии счерно-белым ТВ. На приемной стороне для получения цветного изображения объекта необходимо воспроизвести три одноцветных  изображения и осуществить их совмещение.

Важнейшим требованием, предъявляемым к системам цветного ТВ, является совместимость, означающая:

1) возможность  приема цветных передач в черно-белом  виде на существующие черно-белые  телевизоры (прямая совместимость);

2) прием  сигналов черно-белого ТВ на  цветные телевизоры (обратная совместимость);

3) передачу  сигналов цветного и черно-белого  ТВ по одному и тому же  каналу связи (в полосе частот  черно-белого ТВ).

    Для обеспечения совместимости в цветном ТВ необходимо иметь сигнал, который создавал бы нормальное черно-белое изображение с правильным воспроизведением градаций яркости цветного объекта.Поэтому в совместимых системах цветного ТВ из полученных на передающем конце видеосигналов основных цветов ЕR, ЕG, ЕB формируется яркостный сигнал ЕY

EY = 0.3ER+0.59EG+0.11EB  (1.2)

в котором  численные значения коэффициентов, определяющих долю напряжений видеосигналов  основных цветов, выбраны с учетом характеристик принятого опорного белого цвета D65 (источника с цветовой температурой 6500К, соответствующего излучению  дневного облачного неба) и координат  цветности люминофоров современных  цветных кинескопов. Яркостный сигнал ЕY в соответствии с выражением (1.2) формируется с помощью кодирующей матрицы, которая представляет собой резистивные делители напряжения с общей нагрузкой.

    Кроме яркостного сигнала, в совместимой системе цветного ТВ необходимо передавать информацию оцветности. Практически достаточно передавать на приемную сторону только два цветных сигнала, например,ER и ЕB. Третий цветовой сигнал ЕG может быть легко получен на приемном конце матрицированием на основании уравнения (1.2). Однако непосредственная передача сигналов ЕR и ЕB нецелесообразна, поскольку данные сигналы, кроме информации о цвете, содержат избыточную информацию о яркости, которая уже имеется в сигнале ЕY. Поэтому во всех совместимых системах цветного ТВ передаются цветоразностные сигналы, которые формируются вычитанием из ЕR и ЕB яркостного сигнала ЕY.

      Особенность цветоразностных сигналов заключается в том, что они не содержат информации о яркости. Например, их амплитуда равняется нулю при передаче белых или серых участков изображения, когдаER = EG = ЕB = ЕY, и мала на слабо насыщенных цветах. Так как такие цвета обычно преобладают, то средняя амплитуда цветоразностных сигналов гораздо меньше максимальной и много меньше той средней амплитуды, которая была бы при передаче сигналов ЕR, ЕG, ЕB. Это намного улучшает помехоустойчивость и совместимость систем цветного ТВ. Причем цветоразностные сигналы достаточно передавать в сокращенной полосе до 1,5 МГц. Это объясняется особенностями зрительного восприятия цветных изображений. Экспериментальные исследования показали, что цветными зрительный аппарат человека воспринимает только крупные и средние детали изображения. Мелкие детали, которым соответствуют частоты цветоразностных сигналов более 1,5 МГц, достаточно воспроизводить черно-белыми, при этом общая оценка качества цветного изображения практически не ухудшится.

        В совместимых системах цветного ТВ яркостный и цветоразностный сигналы должны передаваться в стандартной полосе частот черно-белого ТВ. Для этого используется уплотнение спектра яркостного сигнала сигналами цветности. 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   Современное цветное телевидение базируется на теории трехкомпонентного цветового зрения, из которой следует, что смешением трех основных спектральных цветов, взятых в определенных пропорциях, можно получить все возможные цвета.

    Цветное телевидение, телевидение, в котором осуществляется передача цветных изображений. Донося до зрителя богатство красок окружающего мира, цветное телевидение позволяет сделать восприятие изображения более полным. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1. Быков Р. Е. Теоретические основы телевидения. Учеб. для вузов /  СПб.: Изд. “Лань”, 1998.-288 с.
2. С.В.Волков. Сети кабельного телевидения. М. Горячая линия-Телеком,2004
3. Интернет