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

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

1. Смесь взятых в одинаковой пропорции всех первичных цветов должна приводить к бесконечности, т. е. давать нейтральный серый, белый или черный тон.

2. Чем больше количество, первичных цветов, тем большее количество цветовых оттенков воспроизводится в цветном изображении.

Количество первичных цветов, естественно, не может быть меньше двух (в противном случае нельзя будет получить серого тона). Если при анализе и воспроизведении ограничиться двумя основными цветами, то этот способ называется двухцветным. Интересные работы в этой области были проведены Лэндом (США) — создателем одноступенчатого способа получения фотографических изображений, получившего название «поляроид». В результате проведенных исследований было установлено, что двухцветный способ может дать «приятные» цвета (именно это слово употребил сам Лэнд). Однако верность воспроизведения цветов не может быть достаточной: если, например, в качестве одного из первичных цветов выбрать желто-зеленый (к которому человеческий глаз особенно чувствителен), то в качестве второго основного цвета необходимо взять дополнительный к первому цвету, чтобы иметь возможность получить нейтральный серый тон; таким дополнительным цветом к желто-зеленому является сине-фиолетовый. В этом случае невозможно получить достаточно чистый красный цвет. Разумеется, можно поискать другие пары первичных цветов, но во всех случаях придется идти на значительные жертвы.

Наиболее оправдавшееся на практике приближение — трехцветный способ воспроизведения цветных изображений. В этом случае используют первичные цвета, более или менее равномерно распределенные по спектру: красный — на низких частотах, зеленый — на средних частотах и синий — на высоких частотах, (рис. 17).

Рис. 17. Анализ и синтез света трехцветным способом.

а — анализируемый свет от источника И системой полупрозрачных зеркал З1 и 32 проецируется на фотоэлементы ФR, ФG и ФB, по пути к которым свет проходит соответственно через фильтры R, G и В. Токи фотоэлементов замеряются амперметрами;

б — полученные в результате измерений величины учитываются при регулировке с помощью диафрагм световых потоков от трех ламп ЛR, ЛG и ЛB, а затем эти потоки через фильтры R, G и В направляются на экран.

Необходимо отметить, что все эти первичные цвета немонохроматические: выделение цвета производится с помощью оптических фильтров, а сделать фильтры, пропускающие только одну длину волны, практически невозможно. При выборе первичных цветов для цветного телевидения главным соображением была легкость промышленного изготовления люминофоров соответствующих цветов для приемных трубок (см. гл. 6). Следует также отметить, что не все цвета можно верно воспроизвести простым сложением трех первичных цветов. Для получения некоторых цветовых тонов приходится прибегать к вычитанию, что, как показано на рис. 16, приводит к отрицательным величинам первичных цветов. На этом рисунке показано, в каком соотношении должен использоваться каждый из первичных цветов, чтобы полученная смесь производила впечатление того или иного цветового тона. Так, например, для того чтобы получить излучение с длиной волны 500 нм нужно сложить небольшое количество синего с несколько большим количеством зеленого и из полученной смеси вычесть красный. Как это понять?

Это означает, что для воспроизведения эффекта, производимого излучением с длиной волны 500 нм, нужно прежде всего изменить его путем добавления некоторого количества первичного красного цвета. Тогда соответствующим образом дозированная смесь зеленого и синего создаст такое же ощущение, что и смесь излучения с длиной волны 500 нм с примесью красного цвета. Именно это количество красного со знаком минус должно вводиться в смесь трех первичных цветов.

На практике анализируемый световой луч оптическими методами разделяется на три части и, направляется на три фильтра, из которых один пропускает только красный, второй — только зеленый и третий — только синий цвета.

Интенсивность света замеряется, например, фотоэлементом. Для воспроизведения такого же окрашенного светового луча нужно соответствующим образом дозировать интенсивность трех белых фонарей, прикрытых идентичными описанными ранее цветными фильтрами, и наложить полученные цветные пятна друг на друга на белом экране.

Следовательно, можно сказать, что при трехцветном способе воспроизведения цветного изображения каждый цвет определяется тем, сколько в нем содержится красного, зеленого и синего, т. е. группой из трех чисел. Математики назвали бы эти три числа координатами и сказали бы, что цвета образуют трехмерное пространство.

Мы же радиотехники, а не математики, но мы весьма признательны последним за то, что они снабдили нас некоторым количеством рабочих инструментов, объединенных названием «методы расчета». На этот раз мы будем говорить как математики. И раз пространство цветов трехмерно, мы изобразим его в виде прямоугольного шестигранника (куба) и обозначим его оси OR, OG и ОВ (рис. 18).

Рис. 18. Трехмерное изображение цвета.

Следовательно, некая точка Р на нашей пространственной фигуре характеризуется тремя координатами R, G и В. Предположим, что мы умножаем все три координаты на заданный коэффициент k. Тогда вектор ОР станет равным k·ОР, т. е. его модуль (так называют длину вектора) умножается на величину k, но его направление остается неизменным. На практике это означает, что интенсивность света увеличена в k раз без какого бы то ни было изменения его качественных характеристик.

Из этого становится понятно, что, если нужно будет разъединить эти два аспекта — интенсивность света и внутренне присущие ему качества, которые воспринимаются как яркость и цветовой тон с насыщенностью, можно найти более простые средства для их изображения.

Возьмите трехмерное изображение трехцветного способа воспроизведения цветов и исключите одно из измерений (например, яркость света), что же останется в итоге? Ровно столько, сколько требуется для изображения характеристик на одной плоскости, а рисунки на плоскости легче понимать, чем рисунки в пространстве.

Но мы исходим из пространства, характеризуемого тремя координатами R, G и В, а теперь мы говорим об изъятии одной из величин (яркости света), которая по своей природе включается в состав этих трех. Но, увлекаемые математическим задором, мы берем матрицы изменения координат, т. е. операторы или «математические существа», с которыми наш читатель, может быть, недостаточно знаком?

Сразу же отметим, что имеется множество способов изобразить характеристики цвета на плоскости, не прибегая к научным выкладкам.

Впервые в истории цветовой график на плоскости составил английский физик Максвелл, который известен составлением дифференциальных уравнений, характеризующих распространение электромагнитных волн. Треугольник Максвелла (рис. 19) представляет собой равносторонний треугольник, вершины которого соответственно характеризуют чистые цвета: красный, синий и зеленый, но при таком изображении совершенно не учитывается яркость света. Теоретически внутри этого треугольника должны размещаться все цветовые тона и все степени насыщенности, которые можно получить трехцветным способом воспроизведения цветных изображений.

Рис. 19. Треугольник Максвелла.

Кроме вершин R, G и В обозначены следующие точки: М (пурпурный цвет — середина линии BR), С — (сине-зеленый цвет) — середина линии GB, J (желтый цвет) — середина линии RG; центр тяжести треугольника — точка W соответствует белому цвету. Предстоит найти точку P, соответствующую цвету, представляющему собой смесь трех основных цветов в следующем соотношении: R = 8, G = 9,5, В = 4.