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

ность, что и точка с координатами X, Y, Z. В то же время они яв­ ляются координатами, характеризующими положение точки на плоскости. Для характеристики 'положения точки на единичной плоскости, т. е. для характеристики цветности соответствующего цвета, достаточно двух из полученных трех координат, так как третья всегда определена по (1.44). Поэтому получающиеся по (1.42) координаты, обозначаемые строчными буквами, такими же, как прописные буквы, обозначающие соответствующие цветовые координаты, называются координатами цветности.

Плоскость, используемая для графического представления цвет­ ностей, называется графиком цветностей данной цветовой системы. Как видно из рис. 1.7, при проектировании из начала координат координатные плоскости отображаются на график цветностей в виде сторон треугольника, являющихся прямыми пересечения

осей с единичной плоскостью. Треугольник на графике цветностей, вершинами которого являются точки цветностей основных цветов,, называется цветовым, треугольником.

При использовании в качестве графика цветностей самой еди­ ничной плоскости цветовой треугольник на нем получается равно­ сторонним как на рис. 1.8а. Координатная сетка при таком тре-

Рис. 1.8. Сетки координат цвет­ ности .V, у на графике цветнотей с равноугольным (а) я пря­

(X)(Y)(Z)

угольнике состоит из прямых, параллельных сторона*! треуголь­ ника, как показано на рис. 1.8а для координат х и у. При равно­ стороннем треугольнике, таким образом, координаты цветности являются косоугольными. Однако на графике цветностей более удобно использовать обычные прямоугольные координаты. Тогда цветовой треугольник изображается на нем прямоугольным (рис. 1.86). Это соответствует тому, что в качестве графика цветностей, используется не сама единичная плоскость, а ее параллельная проекция на одну из координатных плоскостей вдоль координат­ ной оси, не лежащей в этой плоскости. Так, например, цветовой треугольник (X)(Y)(Z) (рис. 1.86) получен в результате проекции треугольника (X)(Y)(Z) с единичной плоскости на координатную плоскость (X)O(Y) вдоль оси Z. Исходная цветность находится в

— 30 —

В = a3iX - f азгУ + a33Z j

Девять коэффициентов й|і, ..., а3з, образующие матрицу преоб­ разования, определяются по выражению основных цветов и исход­ ной цветности одной системы в другой системе (9]. Преобразование цветовых координат (1.45) в матричной форме записывается сле­ дующим образом:

Если при преобразовании количественные соотношения не важ­ ны, т. е. нужно знать значения лишь координат цветности в новой системе, то формулы преобразования содержат лишь восемь не­ зависимых коэффициентов и имеют вид дробно-линейных функций:

ми координатами в некоторой цветовой координатной системе или координатами цветности и значением яркости. Поскольку физи­ чески цвет определяется спектральным распределением интенсив­ ности попадающего в глаз наблюдателя излучения, надо найти связь между цветовыми координатами и излучением.

Любой неспектральный цвет сложного излучения может рас­

— 31 —

нохроматические излучения входят в сложное излучение, создаю­

Согласно одному из установленных опытным путем законов смешения цветов цветовые координаты цвета смеси нескольких цветов равны суммам соответствующих цветовых координат сме­ шиваемых цветов. Поэтому в (1.40) цветовые координаты J?U ,GU ,

Таким образом, если в (1.48) известны цветовые координаты спектральных цветов ИхіУ Цх, и т. д., соответствующих отдельным монохроматическим составляющим излучения цвета Ц измеряемо­ го образца, то суммирование их по (1.49) даст цветовые коорди­ наты цвета образца.

Для определения цветовых координат монохроматических излу­ чений с произвольной мощностью надо заранее измерить эти коор­ динаты для монохроматических излучений с одинаковой мощно­ стью. В результате таких измерений для выбранных значений длин волн %\, %2, • • •, А™ будут получены_ значения_цветовых координат

ции спектрального распределения Ахт излучения, соответствующе­ го измеряемому цвету для данной длины волны Хт- Повторение этой операции умножения для всех значений А, взятых в видимом спектре, даст значения цветовых координат монохроматических составляющих рассматриваемого излучения, а именно:

— 32 —

~ Км \ z > Gxi ~ @м \ 2 > B%i ~ B%2 A%2

(1.50*

Суммирование полученных произведений по (1.49) дает иско­ мые значения цветовых координат цвета Ц, а именно:

тральных цветов при одинаковой мощности излучения соответст­ вующих монохроматических излучений. Эти величины, называемые

уравниваний. Эти уравнивания или субъективные измерения спек­ тральных цветов могут быть выполнены с большой тщательностью.; один раз. Найденные удельные координаты могут быть пересчи­ таны затем в любую другую цветовую систему, отличную ОТ Т О Й ; , в которой выполнялись измерения спектральных цветов, по фор­ мулам вида (1.45). Полученные при пересчете значения будут яв­ ляться удельными цветовыми координатами в новой системе и мо­ гут использоваться в ней при выполнении цветовых расчетов.

Удельные координаты могут быть представлены в виде таблиц для ряда значений X (обычно с интервалом 5 или 10 нм) или же графически в виде трех кривых,, показывающих зависимость от длины волны каждой из трех удельных координат. Группа из трех таких кривых называется кривыми сложения цветов данной цве­ товой'системы или просто кривыми сложения.

Беря при расчете цветовых координат по заданному спектральг ному распределению излучения все более малые интервалы между ординатами, получим в пределе следующие выражения для цвето­ вых координат:

го в глаз. В случае цветов несамосветящихся предметов оно равно произведению спектрального распределения излучения Е(Х) источ­ ника света на спектральное отражение р(Х) или спектральное про­ пускание т(Я) для отражающих или пропускающих свет предме­ тов соответственно, т. е. А (X) = Е(X)р (X) или А (X) =Е (X)t (X).

Интегральные ф-лы (1.52) вводят использование именно оплош> ных кривых сложения, но практически, однако, расчет цветовых координат выполняется при помощи суммирования с использова­ нием дискретных ординат кривых сложения, т. е. табличных зна­ чении удельных координат, а не интегрирования, так как ни кри­ вые сложения, ни функции спектрального распределения излуче­ ния, как правило, не являются простыми функциями, удобными для интегрирования.

Нетрудно видеть по (1.52), что кривые сложения, которые ис­ пользовались при рассмотрении процесса получения цветов со сложным составом излучения путем суммирования его монохрома­ тических составляющих, как раз и являются функциями спектраль­ ной чувствительности некоторых приемников светового излучения. Эти приемники как бы предполагаются существующими для каж­ дой цветовой координатной системы; реакция каждого такого при­ емника на падающее излучение дает соответствующую цветовую координату. Это воображаемые приемники, непосредственно не от­ носящиеся к глазу, но они учитывают его цветовоспрннимающие свойства, так как определяются при помощи осуществления непо­ средственных зрительных уравниваний монохроматических излу­ чений по цвету. Все цветовые координатные системы находятся между собой в линейных соотношеиях. Предполагается, что одной из возможных цветовых систем является и зрительная цветовая координатная система, кривые сложения которой представляют со­ бой действительные функции спектральной чувствительности трех приемников глаза. Исходя из этого предположения, они и изыски­ ваются различными косвенными путями в виде линейных комби­ наций кривых сложения, определенных опытным путем.

1.7. СТАНДАРТНЫЕ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МКО

Субъективные измерения цветовых координат спектральных цветов при одинаковой мощности монохроматических излучений (для равноэнергетического излучения) были выполнены при по­ мощи смешения трех спектральных цветов с длинами волн 435,8; 546,1 и 700,0 нм, и полученные данные были приняты Междуна­ родной Комиссией по Освещению _(МКО)_ в 1931 г. в качестве стандартных [2]. Кривые сложения R, G, В этой системы, опреде­ ляемой указанными тремя основными цветами и равноэнергетнческим белым Е в качестве исходной цветности, даны на рис. 1.9а.

Эти кривые неудобныдля практических цветовых расчетов, так как они, как видно из рис. 1.9а, имеют отрицательные значения

— 34 —

цветов, образующих линию спектральных цветностей (подковооб­ разная кривая), линия пурпурных цветностей, соединяющая кон­ цы линии спектральных цветностей, цветности стандартных источ­ ников освещения МКО А, В, С, D и точка равноэнергетического белого Е. Линии спектральных и пурпурных цветностей ограничи­ вают область реальных цветностей.

Цветовая координатная система МКО XYZ нашла всеобщее применение в колориметрии и различных ее приложениях. Однако эта система неудобна для представления и сравнения цветовых различий, так как в отношении зрительного восприятия ее график цветностей неравномерен. Зрительно однородный график цветно­

фик, предложенный Джаддом (10], полученный им в результате обобщения всех имевшихся в его расположении данных по цвета различению.

В 1960 г. МКО рекомендовала для использования в качестве равноконтрастного график Мак-Адама, обладающий приблизитель­ но равномерной шкалой цветности для цветов с пренебрежимо ма­ лыми различиями яркости. Этот график получен без привлечения дополнительных экспериментальных данных из графика Джадда путем небольшого его видоизменения с тем, чтобы одна из коор­ динат, а именно V, равнялась яркости У и формулы пересчета ко­ ординат цветности между этой системой и системой МКО XYZ были более простыми 111]. Пересчет координат цветности между системой МКО 1931 XYZ и равноконтрастной системой МКО 1960 UVM осуществляется по следующим формулам:

стандартных источников света показан на рис. 1.106.

Расчет координат цветности и и v может выполняться при пре­ образовании координат цветности х и у по (1.53) или непосредст­ венно по опектр£л_ьному распределению излучения с помощью кри­ вых сложения UVW. Последние и показаны на рис. 1.9в.

Кроме цветовых координатных систем МКО XYZ и UVW, в практике цветного телевидения часто используется упоминавшая­ ся выше цветовая система приемника, основными цветами которой являются стандартные цвета свечения люминофоров цветной при­ емной трубки.

— 37 —

ГЛАВА ВТОРАЯ

Световые измерения

-5 > -

2.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

электрических (часто называемых объективными) — применяются различные светочувствительные приемники: в основном фотоэле­ менты, фотоумножители, фотосопротивления, в которых под дейст­ вием света увеличивается проводимость и др. Различие условий измерений и требовании к их точности, простоте и быстроте вы­ полнения обусловливает применение различных способов измере­ ния и приборов.

Визуальные способы могут обеспечить высокую точность изме­

результатах визуальных измерений сказываются различия свойств глаз у разных наблюдателей и изменение этих свойств у одного и того же наблюдателя в зависимости от условий наблюдения и различных субъективных факторов. Визуальные измерения при цветных свечениях становятся еще более сложными и гораздо ме­ нее точными. Поэтому в телевидении визуальные измерения про­ водятся в основном в лабораторных условиях.

• Измерения в процессе эксплуатации должны выполняться быст­ ро и.просто лицами без специальной подготовки на объектах как ахроматических, так и цветных. Точность измерений -здесь ш боль­ шинстве случаев может быть ниже, чем при прецизионных лабора­ торных измерениях. Применяемые 'Приборы должны быть порта­ тивными и удобны*ш для переноски. Эти требования могут быть удовлетворены лишь при фотоэлектрических способах световых измерений.

2.2. ВИЗУАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СВЕТОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

При наблюдении двух соприкасающихся поверхностей глаз спо­ собен заметить очень небольшую разницу в их яркостях. В то же иоемя при сравнении разноярких поверхностей глаз фактически не

— 39 —