Цветное телевидение?.. Это почти просто! - Евгений Айсберг

Н. — Но скажи мне, Любознайкин, что это за странный прозрачный цилиндр, в котором видны все цвета?

Л. — Это как раз и есть один из разнообразных способов пространственного изображения того, что ты называешь «бесконечностью в кубе» цветов. По фамилии физика, который изобрел этот остроумный способ разделения цветов, прибор называется цилиндром Манселла (рис. 13).

Рис. 13. В цилиндре Манселла изображены все возможные цвета; яркость изменяется по высоте, насыщенность — по радиусу и цветовой тон — в зависимости от угла.

Разрежем цилиндр по горизонтали (эта модель на самом деле разрезана на пластинки, как колбаса на кружочки). Что ты видишь на этом круге? По периметру ты видишь всю гамму цветов: от красного через оранжевый, зеленый, синий, фиолетовый до различных оттенков пурпурного. Эти цвета имеют 100 %-ную насыщенность. А теперь посмотри по радиусу. По мере удаления от периметра насыщенность убывает и в центре становится равной нулю; это означает, что в центре окраска серая. На этом этаже — ломтике цилиндра все цветовые тона имеют одинаковую яркость. Чем выше поднимаемся мы по цилиндру, тем большей становится яркость, а в основании цилиндра она равна нулю, т, е. основание просто-напросто черное.

Н. — Изумительно! Здесь мы имеем все комбинации цветовых толов, насыщенности и яркости. Мой куб парадоксально воплощен в цилиндре!.. Я констатирую, что если разрезать цилиндр по плоскости, проходящей через его ось и ограниченной этой осью, то мы получим на этой плоскости для одного цветового тона все возможные насыщенности и яркости.

Л. — Это совершенно верно. А что мы увидим на цилиндрической поверхности, образованной на той же оси, но меньшим радиусом?

Н. — Мы увидим все возможные цветовые тона различной яркости, но идентичной насыщенности.

Л. — Браво! В дополнение к этому я хочу обратить твое внимание на то, что ось цилиндра Манселла представляет собой всю шкалу серых тонов, идущую от черного внизу до белого наверху.

Н. — Какое богатство в таком небольшом объеме! И ты говоришь, что благодаря трехцветному принципу соответствующей дозировкой трех основных цветов можно получить все это разнообразие красок.

Л. — На этом принципе основана цветная фотография и, как ты позднее узнаешь, цветное телевидение. В цветном телевидении в качестве трех первичных составляющих используются красный, зеленый и синий цвета с точно фиксированной длиной волны.

Прежде чем уйти из этого зала, тебе, Незнайкин, было бы полезно провести несколько минут в отделе «Оптических иллюзий». Посмотри, например, на этот яркий красный свет, а теперь скажи, какого цвета этот квадрат?

Н. — Он сине-зеленоватый.

Л. — Нет, он белый. Но твои чувствительные к красному цвету колбочки устали от воздействовавшего на них яркого света. Поэтому их способность к восприятию цвета на некоторое время снизилась, и твой глаз больше реагирует на синее и зеленое излучение белого квадрата. По этой же причине эти два квадрата строго одинакового желтого цвета кажутся тебе очень разными, а дело просто-напросто в том, что один из них на черном фоне, а другой на белом фоне, где он кажется почти каштановым.

Н. — Теперь-то я понимаю глубокий смысл выражения: «Не верь глазам своим»…

Глава 4

НЕМНОГО О КОЛОРИМЕТРИИ

Как ориентироваться в бесконечном разнообразии цветов, которые могут различаться цветовым тоном, насыщенностью и яркостью? Колориметрия дает различные способы классификации и «снабжения адресами» цветов. Колориметрии посвящена настоящая глава, в которой рассматриваются следующие вопросы:

Спектрограмма. Двухцветный и трехцветный способы воспроизведения цветных изображений. Роль отрицательных составляющих. Пространственное изображение. Треугольник Максвелла. Определение цветности. График цветности. Дополнительные цвета. Нулевая цветность. Изображение насыщенности и цветового тона.

Само по себе название колориметрия не точно отражает суть дела; задача колориметрии заключается не в измерении цвета, так как, если строго придерживаться смысла слов, цвет — неизмеряемая величина: можно подобрать два идентичных цвета, но нельзя сказать, что один цвет в два или три раза больше другого! Поэтому, правильнее было бы сказать «находить адрес», нежели измерять цвет.

Наш язык отличается превеликой неточностью. Так, лишь некоторые цвета имеют собственные имена, которые хорошо знают художники (ультрамарин, желтый хром, киноварь, голландская сажа, берлинская лазурь и т. д.), но найти названия всем имеющимся в природе оттенкам невозможно. Из-за отсутствия поэтического воображения физики предпочли воспользоваться цифрами.

Для обозначения чистых или монохроматических цветов достаточно двух чисел: частота (или длина волны) и световая энергия (или световой поток, или освещенность). Иначе говоря, монохроматический цвет абсолютно точно определен, когда известны его амплитуда и место, занимаемое соответствующей ему линией в спектре.

Но обычно наблюдаемые цвета никогда не бывают монохроматическими. Они представляют собой смесь излучений с различными длинами волн; в этом случае для характеристики цвета необходимо дать частоту каждой спектральной линии; амплитуду каждой спектральной линии.

Часто в природе встречаются и цвета со сплошным спектром, т. е. со спектром, в котором нет отдельных спектральных линий и все части представлены с большей или меньшей энергией.

Для характеристики такого излучения с непрерывным спектром приходится прибегать к помощи графика, на абсциссе которого откладывается частота, а на ординате — амплитуда; такой график напоминает кривую полосы пропускания усилителя (рис. 14).

Рис. 14. Примеры световых спектров.

а — зеленый монохроматический свет;

б — немонохроматический зеленый свет (с отдельными спектральными линиями);

в — немонохроматический зеленый свет (непрерывный спектр излучения).

Графическое изображение спектрального распределения света называется спектрограммой; для получения такой характеристики пользуются спектрографом со стеклянной призмой, через которую пропускают исследуемый световой луч, а затем в различных участках шкалы частот замеряют, например, с помощью фотоэлемента интенсивность падающего света (рис. 15).

Рис. 15. Анализ света с помощью спектроскопа с призмой.

Свет от источника И фокусируется на экране, в плоскости которого установлена линейка с делениями, обозначающими длины волн. Между фокусирующей свет линзой и экраном помещена разлагающая свет призма П. Вдоль линейки перемещается фотоэлемент Ф, соединенный с измерительным прибором А; такое устройство позволяет снять спектрограмму для каждой точки спектра анализируемого света.

Чтобы синтезировать такой свет, нужно соответствующим образом дозировать мощность источников таких же, как и при анализе монохроматических цветов, и смешать эти исходные световые потоки (рис. 16).

Рис. 16. Дозирование основных цветов, используемых в цветном телевидении для воспроизведения различных цветовых тонов. Единицы измерения на осях координат произвольные (уменьшенный масштаб). Смесь одинаковых количеств трех основных цветов дает белый «дневной свет».

Если же придется иметь дело с действительно непрерывным спектром, то для синтеза такого света потребуется бесчисленное множество элементарных источников. Следовательно, мы должны прийти к выводу, что если анализ даже самого сложного света всегда возможен с помощью спектрографа, то синтез его спектра излучения исключительно сложен, вообще неосуществим.

Не существует метода, который позволил бы точно воспроизвести все существующие в природе цвета. Приходится довольствоваться приближенными решениями. Следовательно, любой метод воспроизведения цветов всегда имеет определенные пределы; есть цвета, которыми приходится жертвовать, но во всех случаях необходимо иметь возможность воспроизводить всю шкалу серых тонов от черного до белого.

Если анализировать подлежащий воспроизведению окрашенный световой поток только в нескольких точках спектра, которые называют основными, или первичными, цветами, то сами собой напрашиваются следующие выводы: