Ахроматический свет. Интенсивность. Выбор интенсивностей
Ахроматические цвета не дают тех цветовых ощущений, которые ассоциируются с красным, синим, желтым и т.д. цветом. Ахроматический свет – это то, что мы видим на экране черно-белого телевизора. Единственным параметром ахроматического света является интенсивность или количество, в соответствие которой можно поставить яркость. С интенсивностью можно сопоставить скалярную величину, определяя черное как 0 и белое, как 1. Тогда средне-серому свету будет соответствовать значение 0,5. На экране ЭЛТ каждый элемент отображения может иметь множество разных уровней серого. На печатающем устройстве можно получить два уровня: белый или светло-серый соответствует бумаге, а черный (или темно-серый) – чернилам или красителю.
Для получения черно-белого изображения с непрерывно изменяющимся тоном без оконтуривания (резкого перехода от одного уровня интенсивности к другому) достаточно 64 уровней интенсивности. Иногда может потребоваться 256 уровней.
Можно распределить уровни интенсивности в диапазоне 0 – 1 равномерно. Но при этом не будет учитываться важная характеристика глаза: его чувствительность к отношению уровней интенсивности, а не к их абсолютному значению. Действительно, мы воспринимаем различие в интенсивностях 0,10 и 0,11 так же, как различие в интенсивностях 0,5 и 0,55. Следовательно распределение уровней должно быть не линейным, а логарифмическим.
Пусть необходимо
получить 256 уровней интенсивности (в
том числе наименьшую
и максимальную 1,0), где каждая следующая
интенсивность в
раз больше предыдущей. Тогда можно
записать:
;
;
;
;…………
.
Отсюда
и
;
. (1)
Для реализации
интенсивностей, определяемых последним
выражением необходимо учитывать, что
свечение люминофора зависит от числа
электронов
в луче и определяется соотношением:
,
где
и
- константы.
Число электронов пропорционально напряжению на управляющей сетке ЭЛТ
,
или
.
Откуда управляющее напряжение
.
Для получения
желаемой интенсивности определяют
ближайшее к ней значение
либо поиском в таблице, составленной
по формуле (1), либо определяют
,
после чего определяют
,
а затем
.
Значения
заносятся в ячейки памяти, соответствующие
элементу отображения. Если используется
таблица цветов, то в ячейку, соответствующую
элементу отображения, заносится номер
,
а соответствующее ему значение
помещается в элемент таблицы с номером
.
Величины
,
и
определяются используемой ЭЛТ, поэтому
таблица цветов обычно заполняется
экспериментально, на основе реальных
измерений интенсивностей.
Аппроксимация полутонов
Даже растровые дисплеи с двумя или тремя битами на КЭЛ не обеспечивают желаемого количества уровней интенсивностей. Расширение уровней возможно с использованием пространственной интеграции (способность глаз объединить мелкие детали в малой области в единое целое и фиксировать только суммарную интенсивность области).
Данный эффект используется при печати черно-белых фотографий, в газетах и книгах.
На двухуровневом дисплее область размером 2х2 ЭО позволяет передать 5 различных уровней интенсивности за счет двукратного ухудшения пространственного разрешения по каждой из координатных осей.
Использование конфигурации размером 3х3 в трое снижает пространственное разрешение по координатам, но при этом возникает 10 уровней интенсивности.
Эти конфигурации можно представить в виде матрицы.
Для области размером 2х2 матрица имеет вид
Для вывода заданной интенсивности на дисплей все клетки, для которых соответствующие элементы матрицы меньше или равны этой интенсивности, устанавливаются в 1.
Конфигурации ЭО, с помощью которых аппроксимируются полутона, должны быть построены так, чтобы на области с одинаковой интенсивностью не образовывались дополнительные линии. Например, если вместо конфигурации, задаваемой матрицей, взять конфигурацию вида
,
то на достаточно большой области будут видны горизонтальные линии.
Другим фактором, учитываемым при выборе конфигурации, является то, что конфигурации должны образовывать нарастающую последовательность, т.е. ЭУ, который высвечивается с уровнем интенсивности j, должен высвечиваться и при всех уровнях к>j. Тогда сводится к минимуму различия между последовательными уровнями интенсивности и тем самым подавляется эффект оконтуривания.
Аппроксимация полутонов производится не только на двухуровневых дисплеях. Если дисплей с двумя битами на ЭО, т.е. четырьмя уровнями интенсивности, то конфигурации могут быть.
Эти методы приемлемы, если разрешение выводимого на экран изображения меньше разрешающей способности дисплея. Это позволяет использовать несколько ЭО дисплея для представления одного ЭО изображения. В противном случае можно воспользоваться методом упорядоченного возбуждения.