книги из ГПНТБ / Кривошеев М.И. Световые измерения в телевидении

распределения, падающего на какую-либо среду лучистого потока, позволяет выполнять энергетические расчеты для любой системы эффективных величин. Световые свойства материалов или предме­ тов могут быть охарактеризованы интегральными коэффициента­ ми отражения, пропускания и поглощения светового потока. Эти коэффициенты определятся по (1.21) при введении в них функции У(?ъ). Так, выражения для интегральных коэффициентов отраже­ ния и пропускания примут вид:

. (1.22)

Кроме изменения спектрального распределения, падающего на какую-либо среду светового потока в результате взаимодействия этого потока с предметом, может произойти и изменение его рас­

ния) света: направленное (или зеркальное); направленно-диффуз­ ное; диффузное и смешанное, которые поясняются на рис. 1.3 [I]. Зеркальное отражение (рис. 1.3а) характеризуется неизменностью

структуры пучка лучей после отражения и равенством углов па­ дения и отражения. При направленно-диффузном отражении (рис. 1.36) ось отраженного пучка лучей направлена в соответствии с

— 20 —

и a + da (рис. 1.4). Этот элементарный зональный телесный угол опирается на бесконечно узкий сферический пояс, площадь кото­ рого

отношением яркости исследуемой поверхности в данном направле­

— 22 —

В отличие от коэффициента отражения, коэффициент яркости мо­ жет иметь значения, большие единицы, что характерно для направ­ ленного и направленно-рассеянного отражений.

При прохождении 'светового излучения через различные среды возможны все четыре указанных выше вида распределения про­ шедших потоков. Направленное пропускание (рис. 1.3а) .характер­ но для прозрачных материалов (стекол и пластмасс), направленнодиффузное пропускание (рис. 1.36) характерно для прозрачных материалов с рассеивающей одной или двумя поверхностями (ма­ тированные стекла или пластмассы). Диффузным :и 'смешанным пропусканием (рис. 1.3s и г) обладают материалы, имеющие оп­ тические неоднородности.

Кроме коэффициента пропускания, оптическое пропускание прозрачными средами часто характеризуют так называемой опти­ ческой плотностью. Оптической плотностью D называют десятич­ ный логарифм обратной величины коэффициента пропускания, т. е.

D = lg — = Igt. (1.31)

т

Для видоизменения спектрального распределения излучения, например для коррекции спектральной чувствительности приемни­ ка излучения, применяют избирательно-пропускающие излучение среды — светофильтры. Часто требуемую коррекцию не удается осуществить с помощью одного светофильтра и прибегают к ком­ бинированию нескольких светофильтров, которые могут при этом включаться последовательно или параллельно или же при соче­ тании этих двух способов.

При последовательном включении светофильтров спектральные коэффициенты пропускания перемножаются, т. е. если последова­

Оптические плотности отдельных светофильтров при последова­ тельном их включении складываются, т. е.

23 —

Общий спектральный коэффициент пропускания 'Системы све­

а площадь, занятая і-и светофильтром, равна Si, то проходя­

а при подстановке (1.37) в (1.35) получим выражение для общего спектрального коэффициента пропускания комбинированного све­ тофильтра:

воспринимает и оценивает излучение всегда в цвете. Исключение представляют лишь случаи очень малых и очень больших освещенностей, а также очень мелкие детали. Цвета предметов, считаю­

ми). Но это лишь распространенные термины, связанные с неко­ торыми способами представления (описания) цвета, а не отраже­ ние действительного факта отсутствия цвета. Об этом свидетель­

что для описания цвета необходимо и достаточно трех парамет­ ров. Это согласуется с обычным представлением о возможности характеризовать цвет тремя понятиями, например, его светлотой,

— 24 —

но, путем использования для расчетных целен трех функций о г длины волны, каждая из которых по предположению является ли­ нейной комбинацией трех функций цветовой спектральной чувстви­ тельности глаза |[8]. Нахождение и использование этих функций будет рассмотрено ниже.

1.6. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЦВЕТА

Напомним, что восприятие того или иного цвета обусловли­ вается различным распределением энергии по видимому спектру попадающего в глаз наблюдателя излучения. Монохроматическо­ му излучению соответствует ощущение спектрального цвета. Спек­ тральные цвета являются чистыми (насыщенными) цветами, а (рас­ ширение излучаемой области длин волн приводит в общем случае к уменьшению насыщенности цвета. Пропорциональное изменение интенсивности всех монохроматических составляющих излучения изменяет лишь количество цвета, характеризуемое его яркостью, не меняя его качества, т. е. цветности, которая определяется сов­ местно цветовым тоном и насыщенностью.

Разным цветовым ощущениям в одинаковых условиях наблю­ дения соответствуют разные спектральные распределения излуче­ ния, но обратное не верно, т. е. ощущение одного и того же цвета может возникать при различных спектральных .распределениях из­ лучения. Выглядящие одинаковыми цвета, которым соответствуют разные спектральные распределения излучения, называются метамерными цветами или просто метамерами. Например, ощущение одного и того же белого цвета может возникать при сложении трех основных цветов на экране цветового приемника, а также при сложении всего двух спектральных цветов. Такие два цвета при сложении дают белый цвет и называются дополнительными.

Таким образом, цвет не характеризуется однозначно определен­ ным спектральным распределением излучения и использовать пос­ леднее для выражения цветов при их определении и систематиза­ ции неудобно. Гораздо более удобным как для описания, так и для воспроизведения цветов и взаимно-однозначным оказывается дру­ гой способ определения цветов — трехцветное их выражение.

Трехцветное выражение цветов опирается на установленный опытным путем факт, что для большинства цветов, встречающихся в іприроде, можно выполнить зрительное уравнивание со смесями взятых в различных пропорциях только трех цветов, называемых основными. Эта связь взаимно однозначна независимо от спек­ трального распределения излучения данного цвета.

Математически результат уравнивания по цвету может быть выражен в виде цветового уравнения:

— 26 —

собой количества соответствующих основных цветов, которые дол-

Практически при уравнивании исследуемого цвета смесью трех основных цветов оказывается, что некоторые цвета (почти все спектральные и многие цвета с большой чистотой) не могут быть уравнены ни тури каком выборе основных цветов. В таких случаях уравнивание но цвету достигается при добавлении одного или двух основных цветов к цвету исследуемого образца. При этом действи­ тельно уравнивается у ж е не цвет образца, а смесь цвета образца с одним или двумя основными цветами уравнивается по цвету си смесью двух оставшихся основных цветов или с одним из них. При

Выбранные основные цвета образуют систему выражения цве­ тов — цветовую координатную систему. Поскольку цвет является трехмерной величиной, цвета могут представляться точками в так

— 27 —

соответствует определенный цвет. Не всем точкам пространства соответствуют, однако, .реальные цвета. Все реально существую­ щие цвета будут заключены в 'некоторой области пространства — области реальных цветов. Начало координат 0 системы, показан­ ной на рис. 1.7, представляет цвет с нулевыми количествами всех трех основных цветов, т. е. черный цвет. Положение їв простран­ стве прямой, проходящей через начало координат и точку данного

количества цвета при неизменной цветности соответствует пропор­ циональное изменение всех трех цветовых координат.

Каждый пз основных цветов цветовой системы определяется

В цветовом пространстве в случае прямоугольных 'координатных

Обычно задается не исходный цвет, а только его цветность — ис­

при наличии трех координатных осей цветовая система этим пол­ ностью определена. Если задана исходная цветность, т. е. направ­ ление прямой ОИ в пространстве (рис. 1.7), то масштабы по осям устанавливаются этим только относительно. В большинстве прак­ тических случаев этого достаточно. Для введения количественной меры можно тогда задать точное количество любого одного цвета.

В качестве примера цветовой координатной системы можно привести цветовую систему воспроизводящего устройства в цвет­ ном телевидении. Основными цветами являются цвета свечения красного, зеленого и синего люминофоров цветного экрана. Исход­ ной цветностью обычно является цветность некоторого белого цве­ та; так в системе цветного телевидения, принятой в СССР, — это цветность стандартного источника света типа «С». В телевидении эта исходная цветность часто называется «равносигнальной».

Яркость цвета равна сумме яркостей его составляющих. Яр­ кость каждой составляющей равна цветовой 'координате, умножен-

— 28 —

где In, 'їв, ів — яркостные коэффициенты 'основных цветов. Выра­ жение (1.41) является уравнением плоскости в цветовом простран­ стве, для всех точек 'которой яркость равна Уц . Давая У различ­ ные значення, іполучим семейство параллельных плоскостей пос­ тоянной яркости, среди которых будут плоскости с нулевым и от­ рицательными значениями яркости. Плоскость нулевой ярко­ сти проходит, очевидно, через начало координат цветовой системы. •Отрицательные яркости, конечно, не имеют физического смысла.

Яркость какого-либо цвета, очевидно, пропорциональна рас­ стоянию в цветовом пространстве от начала координат до плоско­ сти постоянной яркости, проходящей через точку данного цвета.

Цветность характеризуется двумя параметрами, и поэтому она может быть представлена точкой на плоскости. В качестве плос­ кости для двумерного представления цветности можно взять, на­ пример, какую-либо плоскость цветового пространства, пересекаю­ щую пространственный пучок прямых постоянной цветности. На этой плоскости каждая цветность будет представляться точкой, в которой соответствующая прямая ее пересекает. Удобнее всего для этой цели взять единичную плоскость цветового пространства, се­ кущую координатные оси в точках с единичными значениями цве­ товых координат, т. е. проходящую через точки основных цветов (рис. 1.7). Тогда цветность любого цвета будет характеризовать­ ся положением точки, получающейся при проектировании точки данного цвета в цветовом (пространстве из начала координат на единичную плоскость. Так, на рис. 1.7 точки Л] и Л 2 имеют одина­ ковую цветность и проектируются на единичную плоскость одной прямой а в точку А.

Для всех точек единичной плоскости суммы цветовых коорди­ нат равны единицам, а движению точки вдоль прямой постоянной цветности соответствует пропорциональное изменение всех ее трех цветовых координат. Поэтому проектированию точки цветового пространства на единичную плоскость аналитически соответствует деление цветовых координат на их сумму, т. е.

Полученные по (1.42) координаты х, у, z являются цветовыми координатами точки единичной плоскости, имеющей ту же цвет-

— 29 —