Файл: БТВА (окончательная редакция) для печати.docx

Записывают выражение (2.1) в виде

F_Ц = R∙F_0R+ G∙F_0G + B∙F_0B ……………….. (2.3).

Выражение (2.3) называется цветовым уравнением. Безразмерные величины R, G, и B называются координатами цвета. Физический смысл координат цвета в том, что они показывают, какое количество основных цветов надо взять, чтобы при их смешении получить данный цвет. Таким образом, суммированием трёх основных цветов – R, G и B – можно создать цвета любого цветового тона, но не любой насыщенности.

Свойства координат цвета:

1. Соотношение координат цвета R : G : B не изменяется при изменении яркости излучения;

2. Изменение яркости излучения в А раз приводит к изменению всех координат также в А раз;

3. Изменение цветового тона изменяет соотношение между координатами цвета;

4. Для опорного белого цвета все координаты цвета одинаковы;

5. Для излучений основных цветов две координаты равны нулю, а третья отлична от нуля.

2.3. Способы получения цветного изображения.

Для передачи по телевидению изображение цветного объекта должно быть разделено на передающей стороне на три одноцветные компоненты

(в красном, зелёном и синем цветах). Эти три монохромных изображения могут быть переданы по каналу связи на приёмные устройства как обычные чёрно-белые изображения (например, каждое одноцветное изображение на своей несущей частоте). На приёмной стороне из переданных трёх монохромных изображений должно составляться (синтезироваться) цветное изображение. Разложение изображения на составные части и его синтез могут осуществляться либо последовательным, либо параллельным способами.

При последовательном способе изображение последовательно разлагается на основные цвета, которые передаются один за другим. Такая система не нашла применения. Это объясняется следующим. Для того чтобы мелькания цветного изображения не были заметны, скорость передачи изображения требуется увеличить в три раза по сравнению со скоростью передачи чёрно-белого изображения (необходимо за время одного кадра передать три монохроматические картинки). Такой способ передачи требует увеличения полосы частот в три раза, что недопустимо.

При параллельном (одновременном) способе разложение изображения на три монохромных картинки и их передача по каналу связи производится одновременно. Такая система в общем случае может быть создана при механическом соединении трёх стандартных чёрно-белых ТВ-систем. Каждая из систем передаёт информацию об одном из основных цветов, а на приёмной стороне три полученных одноцветных изображения совмещаются на общем экране. Структурная схема такой системы показана на рис.2.2.

Рис. 2.2. Упрощённая структурная схема передающей части ТВ-системы

с одновременной передачей цветов

Лучи света, отражённые от объекта передачи, попадают на дихроичные (цветоизбирательные) зеркала (1) и (4). Дихроичное (двухцветное) зеркало обладает следующим свойством: оно отражает лучи одного цвета и пропускает лучи других оставшихся цветов. Например, зеркало (1) отражает лучи 1-2 синего цвета, а пропускает лучи 1-4 зелёного и красного цветов.

Зеркало (4) отражает красные лучи 4-6 и пропускает зелёные 4-5. Таким образом, на фотомишень каждой из трёх передающих трубок видеокамеры попадают лучи одного из трёх основных цветов: R, G или B. Полученные изображения преобразуются в передающих трубках (преобразователях

«свет / сигнал») в электрические сигналы изображения Е_R, Е_G, Е_B.

Сигналы Е_R , Е_G и Е_B называются сигналами основных цветов.

Свойства сигналов основных цветов:

• изменение яркости изображения приводит к изменению всех сигналов основных цветов в одинаковое количество раз;

• изменение соотношений уровней сигналов Е_R, Е_G, Е_B в передающем устройстве или в приёмнике недопустимо, т.к. это приводит к искажению цвета изображения;

• при передаче чёрно-белого изображения сигналы Е_R, Е_G, Е_B равны между собой;

• сигналы основных цветов униполярны (одной полярности).

Для того чтобы все три сигнала можно было излучать одним передатчиком, их следует сначала разместить в одной общей полосе частот на поднесущих частотах. Для этого после усиления видеосигналы поступают в модуляторы, куда также подаются напряжения поднесущих частот f_R ,f_G и f_B. В результате три видеосигнала оказываются разнесёнными по оси частот, как показано на рис.2.3.

Рис. 2.3. Спектр частот в системе, приведенной на рис.2.2.

Если считать ширину спектров цветных сигналов одинаковой для всех сигналов (в чёрно-белом телевидении ширина спектра сигнала составляет

6 МГц), то ширина полного спектра полосы частот сигнала одновременной системы

F_ПОЛН. = 3F + ∆F = 3∙ 6 +2∙1 = 20 МГц.

Защитные частотные полосы ∆F ≈ 1 МГц необходимы для чёткого разделения цветных сигналов полосовыми фильтрами на месте приёма. Таким образом, передатчик должен излучать в эфир сигнал с полосой частот около

20 МГц. Столь широкая полоса частот, требуемая для передачи и воспроизведения цветного изображения, несовместима с чёрно-белым телевидением. Однако ряд технических решений позволил сократить полосу передаваемых частот до стандартной (около 6 МГц) без ущерба для качества принимаемого изображения, т.е. сделать одновременную систему совместимой с чёрно-белым телевидением по полосе частот. Далее мы рассмотрим эти методы.

2.4. Принципы построения совместимых систем телевидения

Во всём мире выпущено большое количество чёрно-белых ТВ- приёмников, исчисляемое миллионами. Эти телевизоры и до сих пор ещё находятся в эксплуатации. Поэтому при появлении и развитии цветного телевидения возник вопрос о совместимости двух систем ТВ-вещания: чёрно-белой и цветной. Необходимо было искать такие принципы построения системы цветного телевидения, которые укладывались бы в рамки принятых стандартов чёрно-белого телевидения. Важнейшим показателем любого ТВ-стандарта является полоса частот, занимаемая ТВ-каналом. Если по этому показателю полоса частот цветного ТВ-сигнала не будет соответствовать действующему стандарту чёрно-белого телевидения, то на чёрно-белом телевизоре нельзя будет смотреть передачи цветного телевидения (даже без цвета). Иными словами, возник вопрос совместимости двух систем телевидения, т.е. вопрос сосуществования цветного и чёрно-белого телевидения и возможность постепенного перехода от чёрно-белого телевидения к цветному.

Под совместимостью систем чёрно-белого и цветного телевидения понимается свойство системы цветного телевидения обеспечивать:

1. Приём сигналов цветного телевидения и воспроизведение изображения на экране чёрно-белого телевизора;

2. Приём сигналов чёрно-белого телевидения и воспроизведение изображения на экране цветного телевизора;

3. Передачу ТВ- сигналов цветного и чёрно-белого телевидения по одному и тому же каналу связи.

Сигнал яркости

Чёрно-белый телевизор не может принимать изображение (конечно, в чёрно-белом виде), создаваемое одновременной системой ещё и потому, что в видеосигнале этой системы нет составляющей, соответствующей чёрно-белому изображению. Можно, соответствующим образом настраивая телевизор, получить в чёрно-белом виде одно из цветных изображений: R, G или B. Однако ни одно из этих изображений не может заменить чёрно-белое.

Отсюда следует, что в структуре полного цветового ТВ-сигнала, кроме сигналов цвета (R, G, B), должен содержаться сигнал чёрно-белого телевидения. Этот сигнал называют обычно сигналом яркости, т.к. отдельные участки чёрно-белого изображения отличаются только яркостью. Сигнал яркости может быть получен сложением всех трёх сигналов основных цветов. Однако вследствие неодинаковой чувствительности глаза к различным цветам эти три напряжения, входящие в состав сигнала яркости, должны быть равны между собой. Кроме того, при выборе пропорции, согласно которой необходимо складывать цветовые сигналы для получения сигнала яркости, следует учесть координаты основных цветов. Проведенные исследования и расчёты показали, что относительное содержание сигналов R, G и B в яркостном сигнале соответствует уравнению

Е_Y = 0,30Е_R + 0,59Е_G + 0,11Е_B …………………. (2.4).

Иными словами, яркостный сигнал Е_Y чёрно-белых частей изображения содержит 30% «красного», 59% «зелёного» и 11% «синего» сигналов. Такой сигнал на передающей стороне (на телецентре) формируется линейной электрической схемой, называемой матрицей. Получение сигнала яркости Е_Y поясняется на рис.2.4.

Рис.2.4. Схема получения сигнала яркости Е_Y.

Неокрашенный объект (например, газетный лист) используется для первоначальной регулировки усиления передающей ТВ-камеры, содержащей три трубки R, G, B. Такая регулировка необходима для подбора составляющих Е_R, Е_G и Е_B в необходимой пропорции, образующих бесцветный сигнал Е_Y.

Световой поток F, исходящий от объекта передачи, расщепляется дихроичными зеркалами на три потока основных цветов F_R, F_G и F_B, которые соответствующим образом попадают на фотомишени трёх передающих трубок, создавая на этих мишенях оптическое изображение, соответствующее одному из основных цветов. В усилителях производится регулировка всех сигналов на одинаковый уровень (например, Е_R = Е_G = Е_B = 1 В). Эти три электрических сигнала называются сигналами основных цветов. Далее эти три сигнала подаются на матрицу М₁, где в соответствии с уравнением (2.4) формируется сигнал яркости Е_Y.

Принцип действия матрицы поясняется на рис.2.5.

Рис. 2.5. Схема матрицы, формирующей сигнал яркости.

Для правильной, точной работы матрицы необходимо выполнение условия:

R_R >> R_ВЫХ.; R_G >> R_ВЫХ.; R_B >> R_ВЫХ.

В этом случае взаимное влияние сигналов Е_R, Е_G и Е_B на работу матрицы практически исключается.

Таким образом, в составе полного ТВ-сигнала появилась четвёртая составляющая – спектр яркостного сигнала Е_Y (рис.2.6).

а)

Рис.2.6. Полный спектр сигнала, получаемый в системе на рис.2.4.

Это ещё более расширяет полосу частот (рис.2.6а). Для чёрно-белого телевидения принцип совместимости здесь, казалось бы, соблюдается. Действительно, настроив с помощью гетеродина чёрно-белый телевизор на участок спектра Е_Y (рис.2.6б), мы получим нормальное изображение в необходимой полосе частот. Однако при этом несовместимость ещё более усугубляется, т.к. полная полоса частот становится равной F_ПОЛН.= 27 МГц. При этом обращает на себя внимание следующее противоречие. Как говорилось ранее, цвет является трёхмерной величиной, определяемой тремя основными цветами