Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цветоведение телевизионных систем. Монография
.pdf
2.5. Цветовые системы, неявляющиеся разработкой МКО
71
Рис. 2.22. Разбелы, оттенки и тона чистого цвета
Если это будет офсетный печатный станок, работающий по Евростандарту или другому общепринятому стандарту печати, то в специальных таблицах мы можем увидеть этот цвет и узнать его цветовые координаты
(но только приблизительно, без учета бумаги).
Если это будет принтер, флексографическая машина или другое нестандартизированное устройство, то, основываясь на опыте работы с этими аппаратами, мы можем представить себе, каким будет цветовое ощущение, но его
цветовые координаты останутся неизвестны. Общепринятое выражение
«цвет со значением С35 М70 Y95 К5» неверно по определению, поскольку
данная комбинация плотностей красок на разных устройствах воспроизводит
разные цвета, то есть точки с разными цветовыми координатами в цветовом
пространстве человека. Иногда эти точки оказываются близки друг к другу,
цвета довольно похожи, но все равно разные.
Сами по себе данные С = 35; М = 70; Y = 95; К = 5 мало что говорят нам
о цвете. Мы только можем сказать, что в большинстве случаев это будет какой-то красноватый оттенок, но на разных аппаратах он получится поразному.
Интуитивные цветовые системы. Интуитивные цветовые системы
любят применять на практике компьютерные художники, для которых хорошо понятны такие термины как цветовой тон, светлота, насыщенность цвета.
Очень часто художники характеризуют цвет с помощью таких понятий,
как разбелы, оттенки, тона. Разбелы получают, добавляя в чистый цвет белый, оттенки – черный, тона – добавляя обе эти краски. Это удобно изобразить на треугольнике рис. 2.22.
Таким образом, представляется один цвет, а если собрать треугольники
для всех чистых цветов вокруг центральной черно-белой оси, то можно построить трехмерную модель субъективного представления цвета. На этом основана цветовая система, разработанная в начале XX века немецким ученым
Ф.В. Оствальдом (1853‒1932), предполагающая восемь цветовых тонов с четырьмя базовыми цветами (желтый, ультрамариновый синий, красный и цвет
морской волны, то есть зеленый). Эти цвета далее делятся, образуя цветовой
круг Ф.В. Оствальда из 24 цветов. Кроме того Ф.В. Оствальд в своем круге
выделяет гармонические сочетания цветов: диады, триады и квадриады.
2. АНАЛИЗ ЦВЕТОВЫХ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦВЕТНОСТИ
72
В более полной цветовой модели Ф.В. Оствальд ввел изменения светлоты от
белого к черному и насыщенности цвета от чистого тона к серому.
Наибольшее использование находит система HSB. Цветовое пространство HSB (Hue – оттенок, Saturation – насыщенность, Brightness – яркость)
является вариантом системы RGB и также базируется на использовании основных цветов. Из всех используемых в настоящее время цветовых пространств эта система наиболее точно соответствует способу восприятия цветов человеком. Она позволяет описывать цвета интуитивно ясным и привычным способом [11, 16].
В этой системе все цвета определяются с помощью комбинации трех базовых параметров: оттенок, насыщенность, яркость.
Напомним, что оттенок – это длина доминирующей световой волны, отраженной или прошедшей через объект. Обычно для описания оттенка (в некоторых источниках применяется термин Цветовой тон) используется название цвета, например красный, оранжевый или зеленый. В традиционной интерпретации этой системы каждый оттенок занимает определенное положение на периферии цветового круга и характеризуется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов.
На цветовом круге (рис. 2.23) первичные цвета (красный, синий, зеленый) расположены на равном расстоянии друг от друга. Вторичные цвета
находятся между первичными. Каждый цвет расположен напротив дополняющего его цвета, причем он находится между цветами, с помощью которых
он получен. Например, сложение желтого и голубого цветов дает зеленый.
Таким образом, на цветовом круге зеленый цвет должен располагаться между
желтым и синим.
Чтобы усилить в изображении какой-либо цвет, нужно ослабить дополняющий его цвет (расположенный напротив него на цветовом круге). Например, чтобы изменить общее цветовое содержание изображения в сторону зеленого цвета, следует снизить в нем содержание пурпурного цвета. Хотя
оранжевый или фиолетовый не являются первичными или вторичными цветами, они показаны на круговой диаграмме цветов, чтобы проиллюстрировать их положение относительно других цветов.
Рис. 2.23. Цветовой круг
2.5. Цветовые системы, неявляющиеся разработкой МКО
73
Насыщенность описывает глубину (степень чистоты) цвета. Иногда ее
ассоциируют с силой цвета. Она определяет соотношение между основным,
доминирующим, компонентом цвета и всеми остальными длинами волн,
участвующими в формировании цвета. Математически эго выражается в
процентах от 0% (серый) до 100% (полностью насыщенный). На цветовом
круге насыщенность цвета падает по мере смещения к его центру, поскольку
при этом все базовые цвета смешиваются в равной пропорции, и цвет приближается к серому. Чем выше значение насыщенности, тем сильнее и яснее
ощущается оттенок. Например, пастельный синий цвет воспринимается как
размытый синий цвет из-за незначительного содержания в нем чистого оттенка. Снижение насыщенности приводит к тому, что цвет становится
нейтральным без четко выраженного тона. Примерами «полностью»
нейтральных (ахроматических) цветов могут служить серый, белый и черный
цвета. Содержание этих цветов в слабо насыщенном цвете дается с помощью
третьего цветового компонента, называемого яркостью.
Яркость характеризует относительную освещенность или затемненность
цвета (светлоту цвета). Любые цвета и оттенки, независимо от их цветового
тона, можно сравнить по яркости, то есть определить, какой из них темнее, а
какой светлее. Вы можете изменить яркость цвета, добавив в него белила или
воду. В этом случае красный цвет станет розовым, синий – голубым, зеленый – салатовым и т. д. Количественно величина этого параметра измеряется
в процентах в диапазоне от 0% (черный) до 100% (белый). Яркость является
нелинейным компонентом, что соответствует нашему восприятию светлых и
темных цветов.
Ахроматические цвета характеризуются только яркостью. Это проявляется в том, что одни цвета темнее, а другие светлее.
Яркость – качество, присущее как хроматическим, так и ахроматическим
цветам. Поэтому по яркости можно сравнивать между собой любые цвета и
оттенки. У художников принято светлотные отношения называть тональными. Поэтому различают светлотный и цветовой тон. Когда говорят, что картина написана в светлых тонах, то, прежде всего, имеют в виду светлотные
отношения, а по цвету она может быть самой разной. Яркость и цветовой тон
не являются полностью независимыми параметрами. Изменение яркости
изображения влияет на изменение цветового тона, что создает нежелательный цветовой отлив (сдвиг) в изображении. Так, при значительном уменьшении яркости зеленые цвета синеют, синие приближаются к фиолетовым, желтые приближаются к оранжевым, а оранжевые – к красным.
Объемное тело данной цветовой системы представляет собой перевернутый конус (рис. 2.24).
Существуют несколько разновидностей системы HSB, в которых яркостная и цветовая характеристики рассматриваются отдельно, например, HLS.
Подчеркнем, что во всех этих системах цвет задается не как смешение
трех цветов, а по значениям цветового тона, насыщенности и интенсивности.
В цветовой модели HLS, используемой фирмой Tektronix, учитываются тон
(Hue), светлота (Lightness) и насыщенность (Saturation).
2. АНАЛИЗ ЦВЕТОВЫХ СИСТЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦВЕТНОСТИ
74
Рис. 2.24. Цветовая система HSB
3. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ И ВОСПРИЯТИЕ ЦВЕТА
В ТЕЛЕВИДЕНИИ
3.1. Качество воспроизведения цвета
Точное воспроизведение цвета, при котором наблюдатель не ощущает
разницы между цветами изображения и оригинала, возможно только в том
случае, когда:
а) яркость и цветность воспроизводятся без искажений;
б) условия наблюдения изображения такие же, как и условия наблюде-
ния оригинала.
Однако на практике эти требования обычно не выполняются. Во-первых,
яркость освещения оригинала может меняться в очень широком диапазоне,
которую в принципе не может воспроизвести экран телеприемника. И во-вторых, условия наблюдения воспроизводимого на экране телеприемника изображения далеко не всегда можно приравнять к условиям наблюдения оригинала передаваемого изображения. Так, если передаваемый объект освещен
прямым солнечным светом, то при освещении этим же солнечным светом
экрана телеприемника, вряд ли будет видно само это изображение на экране.
Поэтому для высококачественного воспроизведения обычно стремятся
получить линейную зависимость между яркостью оригинала и яркостью
изображения, точнее линейную зависимость их отношения. При этом обеспечить достаточную яркость изображения, чтобы восприятие цвета происходило с минимальными искажениями, например, чтобы не наблюдался эффект
Пуркинье (известно, что при малой яркости цвета теряют насыщенность,
например, оранжевый и желтый цвета воспринимаются как коричневые), а
также, чтобы разрешающая способность и контрастная чувствительность
глаза были высоки.
В телевидении, как известно, элементы изображения воспроизводятся на
экране телеприемника последовательно во времени, что может привести к
мерцанию яркости и цветности. Замечено, что глаз человека гораздо чувствительнее к мерцанию яркости цвета, чем к мерцанию цветности. Поэтому детали равной яркости, но различной цветности могут быть крупнее, чем неокрашенные детали различной яркости при той же самой максимальной яркости и заметность их мелькания будет при этом такой же, как и для неокрашенных деталей [17].
Российский биофизик и математик Н.Д. Нюберг предложил в 1948 г. использовать три понятия точности воспроизведения цвета [18]:
1. Физическая точность воспроизведения цвета, когда спектральные составы
излучения оригинала и изображения совпадают.
3. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ И ВОСПРИЯТИЕ ЦВЕТА В ТЕЛЕВИДЕНИИ
76
2. Физиологическая точность воспроизведения, когда ощущения цветов ори-
гинала и его изображения одинаковы.
3. Психологическая точность воспроизведения, когда изображение оценива-
ется наблюдателем как высококачественное, хотя физиологическая точность не удовлетворительна.
На практике физическая точность воспроизведения цвета не выполнима, поскольку спектральное распределение энергии излучения основных
цветов экрана телеприемника, в процессе воспроизведения, не меняется
(меняется только амплитуда всего спектра излучения каждого из основных
цветов экрана). Поэтому цвета оригинала и его изображения являются метамерами.
К физиологической точности надо стремиться, и при этом психологическая точность цветовоспроизведения должна выполняться обязательно.
В цветном телевидении принято пользоваться следующими оценками
точности воспроизведения цветов [6]:
1. Колориметрическая точность цветности изображения – для оценки иска-
жения координат цветности х, у системы МКО 1931 г. (или u, v системы
МКО 1960) в изображении относительно оригинала.
2. Психологическое качество (психологическая точность) цветного изобра-
жения – для качественной оценки допустимости искажений цвета, относительно оригинала при визуальном сравнении изображения с оригиналом
(что далеко не всегда возможно для телезрителя, сравнение происходит, в
этом случае, по памяти).
При психологической точности воспроизведения цвета следует учитывать, что восприятие цветности знакомых предметов (цвет лица, воды, неба,
травы и т. д.) является более критичным, чем воспроизведение цветности малознакомых или совсем незнакомых предметов. Кроме того, если данная
цветность имеет какое-то важное смысловое значение, то искажение ее не
должно быть большим.
При воспроизведении цветного изображения следует учитывать влияние
цветовой адаптации. Цветовая адаптация наблюдателя в студии зависит от
средней освещенности сцены, которая обычно изменяется в процессе наблюдения, а цветовая адаптация телевизионного наблюдателя (зрителя) зависит
от условий освещения помещения, которое мало меняется и длительное время сохраняется без изменений.
Для получения хорошего цветового восприятия в цветном телевидении
необходимо, чтобы при воспроизведении объектов с одинаковым коэффициентом спектрального отражения по всему оптическому спектру (например,
снег, белая бумага и т. д.) глаз воспринимал изображения этих объектов как
белые, независимо от спектрального состава источников освещения оригиналов этих объектов. Для достижения этой задачи, обычно выбирают некоторую малонасыщенную цветность Цк. Эту цветность называют контрольной
цветностью или опорной и добиваются, что бы передача этой опорной цветности происходила без искажений.
3.1. Качество воспроизведения цвета
77
Выбор контрольной цветности производится с учетом требований телезрителей, окружающего освещения и технических возможностей. В цветном
телевидении в качестве опорного белого выбирают цветность стандартных
источников белого света С или D6500K.
Искажения отдельных цветностей часто менее заметны, если имеют место искажения и других цветностей, так чтобы между всеми воспроизводимыми цветностями имелись правильные интервалы [6].
На восприятие цвета в бóльшей степени влияет характер наблюдаемой
поверхности передаваемого объекта, в частности ее размеры и форма, глянцевитость и блескость, матовость и т. п. Различие этих параметров иногда не
позволяет достигнуть согласование цветов.
Для построения аппаратуры, воспроизводящей цвет (телеприемники),
пользуются понятием колориметрической точности. Изображение считается
колориметрически точным, если координаты его цветности хиуи равны координатам цветности оригинала хо, уо при измерении объективным колориметром. Этот метод оценки качества цветовоспроизведения позволяет делать колориметрические расчеты технических средств и количественно оценивать
цветовые ошибки воспроизведения цвета. Принято считать, что эти ошибки
(различие между координатами цветности хо и хи, уо и уи) не должны превышать нескольких порогов цветоразличения (в главе 4 о порогах цветоразличения сказано подробней).
При одновременном наблюдении изображения и оригинала в одинаковых условиях следует стремиться к получению высокой колориметрической
точности изображения. Однако телезритель в основном не видит оригинала, а
оценивает качество цветов путем сравнения их друг с другом, с цветами
предметов, находящихся в его окружении, с цветами, сохранившимися в памяти. Это может привести к тому, что колориметрически точные цвета будут
оценены зрителем менее благоприятно, чем при наблюдении изображения,
содержащего колориметрические ошибки. Очевидно, для хорошего цветовоспроизведения колориметрически точная цветопередача не является обязательной, если есть возможность создать более благоприятные ощущения цветов (психологическая точность) относительно опорного белого цвета. Для
достижения этого необходимо иметь данные о том, как влияет цветовая адаптация на восприятие цветности [6].
3.2. Колориметрически правильная цветопередача
Цветовоспроизводящее устройство, например цветной телевизор, имеет
три источника света, создающие основные цвета приемника. Яркость каждого основного цвета должна управляться так, чтобы пропорции смеси основных цветов могли изменяться в широких пределах для получения гаммы цветов. В качестве основных цветов аддитивного воспроизводящего устройства
(телеприемника) выбираются красный, зеленый и синий цвета, которые мож-
3. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ И ВОСПРИЯТИЕ ЦВЕТА В ТЕЛЕВИДЕНИИ
78
о 1 и о 2 и о 3 и
;;X k X Y k Y Z k Z
1 2 3
,,k k k
но обозначить Rп, Gп и Вп соответственно. На диаграмме цветности, например, XYZ (рис. 3.1), (или в любой другой системе) эти основные цвета образуют цветовой треугольник, называемый треугольником цветового охвата.
Очевидно, что воспроизводящее устройство может создать только те цветности, которые на диаграмме цветности находятся внутри треугольника цветов
Rп, Gп, Вп. Воспроизведение цветов, лежащих вне этого треугольника, невоз-
можно. Цвета оригинала, лежащие за пределами треугольника, будут воспроизводиться с искажениями насыщенности и цветового тона. Для колориметрически правильного цвета оригинала, находящегося на хроматической
диаграмме внутри треугольника цветового охвата, необходимо, чтобы основные цвета отвечали следующим требованиям: имели правильные относительные количества (пропорции смеси) для создания необходимой цветности
изображения; имели правильные абсолютные количества (яркости) для создания необходимой яркости изображения.
Пусть имеется следующая линейная зависимость для каждого элемента
передаваемого изображения (оригинала) и его изображения:
где
– константы; индекс «о» означает оригинал, а индекс «и» –
, (3.1)
изображение. Тогда координаты цветности будут равны:
Рис. 3.1. Треугольник цветового охвата воспроизводящего
устройства
3.2. Колориметрически правильная цветопередача
79
о 1 и
о
о о о 1 и 2 и 3 и
о 2 и
о
о о о 1 и 2 и 3 и
о 3 и
о
о о о 1 и 2 и 3 и
,
,
.
X k X
x
X Y Z k X k Y k Z
Y k Y
y
X Y Z k X k Y k Z
Z k Z
z
X Y Z k X k Y k Z
1 2 3
k k k k
о и о и о и
; ; .x x y y z z
о о и и
;L Y L Y
о 2 и
L k L
ио
L СL
ио
lg lg lgL СL
1Z
(3.2)
Если
, (3.3)
то из (3.2) получим:
(3.4)
Итак, при выполнении (3.1) и (3.3) цветности передаваемого объекта и
его изображение на экране телеприемника колориметрически тождественны.
Так как яркости (в абсолютных или относительных величинах) передаваемой
сцены и изображения равны соответственно:
, (3.5)
то, подставляя (3.5) в (3.1), получим:
. (3.6)
Это есть следствие из первого условия колориметрически точной цветопередачи (3.1).
Зависимость между Lо и Lи обычно в телевидении выражается в виде:
, (3.7)
где С – константа, – градиент передачи яркости.
Функция
является линейной в логарифмиче-
ском масштабе.
Следовательно, для выполнения условия (3.6) необходимо иметь:
= 1. (3.8)
В этом случае градации яркости воспроизводятся без искажений.
В телевизионной системе = Z, где – градиент яркости передающего
тракта, включая датчик телевизионного сигнала (передающая камера),
Z – градиент преобразователя сигнал-свет (экран телеприемника) вместе с
трактом приемника.
Для выполнения условия (3.8) необходимо иметь:
. (3.9)
Это условие обычно достигается с помощью гамма-корректора, и удовлетворительная работа которого возможно только тогда, когда величина Z
постоянна во всем диапазоне яркостей изображения (для всех трех основных
3. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ И ВОСПРИЯТИЕ ЦВЕТА В ТЕЛЕВИДЕНИИ
80
2
1
2
1
2
1
по п
по п
по п
;
;
,
R r P d
G g P d
B b P d
цветов экрана телеприемника) и величина постоянная во всем диапазоне
яркостей передаваемого объекта для трех передаваемых основных цветов.
Согласно [6] отклонения величины Z в цветном телевидении должна
быть не более 4% от номинальной величины как для трех цветовых каналов
одного экрана телеприемника, так и для всех экранов отдельных приемников.
На рис. 3.2 показана схема преобразования свет в сигнал и сигнал в свет в
цветном телевидении для случая, когда экран телеприемника является линейным прибором (то есть величина Z для его модуляционной характеристики равна единице). Такой приемник называется линейным.
Передающая камера содержит светорасщепляющую оптику СРО, разде-
ляющую световой поток Fо от передаваемой сцены на три световых потока –
красный FRo, зеленый FGo и синий FBo. Эти световые потоки попадают на
преобразователи свет-сигнал, соответственно красного, зеленого и синего
каналов (ПCCR, ПССG и ПССB).
Далее, электрические сигналы Еi, где i = R, G и В (эти индексы будут со-
хранены и далее), поступают на соответствующие видеоусилители ВУi, имеющие коэффициенты передачи b1, b2 и b3 соответственно. Усиленные сигналы поступают на экран телеприемника, излучающий световые потоки Fiи.
При аддитивном сложении эти световые потоки создают количества основных цветов экрана равные Rпи Gпи и Впи, смесь которых воспроизводит цветность передаваемой сцены. Эти количества должны быть равны (или пропорциональны) координатам цвета Rпо, Gпо и Впо передаваемой сцены. Последние можно определить как:
. (3.10)
Рис. 3.2. Схема преобразования света в сигнал и сигнала
в свет в цветном телевизионном устройстве с линейным
воспроизведением цвета (Z = 1)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]