Основы колориметрии телевизионных систем

Старейшей из известных систем цветовых измерений является система RGB. В ней в качестве основных цветов выбраны реальные монохроматические излучения, имеющиеся в спектре паров ртути: X = 435, 8 им, X = 546, 1 нм (это линии с большой интенсивностью) и X = 700, 1 нм (слабая линия, поэтому часто берут просто условную длину волны X — 700 нм с интенсивностью равной предыдущим). Эти цвета или векторы, исходящие из одной точки, используют в качестве вершин равностороннего треугольника. При этом символы R, G, B являются наименованием единиц измерения цвета. Количе­ственные значения единичных цветов в этой системе не устанавли­вают, а нормируют лишь их соотношение.

Цветность в этбй системе описывается выражением

где координаты цветности

Через вершины равностороннего треугольника (треугольника цветов) проходит плоскость, в которой расположено все разнообра­зие цветов.

На основе цветовых расчетов с применением призменных ко­лориметров была построена кривая спектральных цветов локус. Из рис. 6.1 видно, что при описании цветов, не попавших в тре­угольник, требуются отрицательные коэффициенты, т.е. суммиро-

ванием трех основных цветов R, G, B можно создать цвета любого цветового тона, но не любой насыщенности.

Если единицы трех основных цветов являются энергети­ческими (например, R = G = В = 1Вт), то точка равноэнергетичес-кого белого Ei находится на пересечении медиан цветового тре­угольника. Если же количество каждого из основных цветов выра­жать в визуальных светотехнических величинах (люксах, люменах, кд/м²), то масштабы по осям цветов будут резко отличаться (R: G: В-= 1: 4, 59: 0, 06). В результате точка белого Ег окажется прижатой к стороне RG и наглядность системы пропадет. Кроме того, если точ­ка описываемого цвета F находится за пределами треугольника, то необходимо знать все три координаты цветности г, g, b. Поэтому в 1931 г. МКО рекомендовала применять новую колориметрическую систему XYZ - систему нереальных цветов.

В системе XYZ все цветовые коэффициенты всегда положи­тельны. В качестве основных здесь приняты нереальные цвета X, Y, Z, разными количествами которых выражается в, се многообра­зие реальных и нереальных цветов. Цветовой график здесь имеет вид равнобедренного прямоугольного треугольника с локусом внутри его.

В основном колориметрическом уравнении

все составляющие с положительным знаком.

Координаты цвета x', y', z' и координаты цветности x, y, z свя­заны выражениями

Цвета смеси двух цветов лежат на прямой, соединяющей точки этих цветов.

Часто необходимо определить цвет источника, зная распреде­ление энергии с(к) но его спектру. С этой целью используются так называемые удельные координаты x, y, z (рис.6.2); в соответст­вующей литературе они приводятся также в виде таблиц.

Эти координаты показывают в каких количествах нужно сме­шивать основные цвета, чтобы смесь соответствовала цвету моно­хроматического излучения искомой длины волны и имела бы еди­ничную мощность (1 Вт).

Координаты цвета находятся путем вычисления интегралов:

Здесь (3(к) - спектральная характеристика источника излучения. Так, для люминофоров современных кинескопов в системе XYZ получены такие координаты цветности при эталонном белом типа D (закреплено стандартом ГОСТ 7845-92):

Эти координаты соответствуют треугольнику R2, G2, B₂ на локу-се цветов (рис.6.3) с европейскими люминофорами кинескопов; треугольник с координатами цветности R_bGi, Bi соответствует прежним люминофорам (США).

Для нахождения координат смеси нескольких цветов, изятых в разных количествах, необходимо пользоваться принципом опреде­ления центра тяжести, либо принципом попарного определения ре­зультирующего цвета.

Зрительный анализатор (аналогично яркости) замечает не вся­кие изменения цветового тона при изменении длины волны и на­сыщенности при изменении чистоты цвета. Замечаемые человеком изменения называются порогами цветоразличения.

Кривая цветоразличения при изменении длины волны моно­хроматического излучения для постоянной яркости показана на

рис.6.4. Наибольшей чувствительностью к цветоразличению зри­тельный анализатор обладает в области длин волн 500...600 нм, где замечает изменения длины волны в 1...2 нм.

Для численного выражения отличий двух сравниваемых цветов или воспроизведенного цвета от цвета объекта, системы RGB и XYZ неудобны. Важно, чтобы отличия, выраженные одинаковыми числами, ощущались бы ЗА одинаково, независимо от того, к како­му дзету они относятся. В системах RGB и XYZ пороги цветораз­личения численно различны и на графике (рис.6.5) имеют вид эл­липсов. Эти фигуры, называемые эллипсами Мак-Адама, различны по величине (до 1: 30) и направлению осей. Внутри эллипсов зри­тельный анализатор не замечает изменения цветности.

Для упрощения цветовых расчетов необходимо преобразовать, цветовой график таким образом, чтобы эллипсы стали окружностя­ми равного диаметра. Система измерения цветов в таком случае но­сит название равноконтрастной, а преобразования - аффинными; (т.е. родственными). К сожалению, преобразованием проективного характера полной равноконтрастности не получить. На цветовом равноконтрастном графике МКО 1960 года (рис.6.6) координаты цветности u, v связаны с координатами цветности х, у следующими соотношениями:

Т.е. для нахождения количества различаемых цветовых порогов (п_ц) между точками на диаграмме необходимо длину отрезка поде­лить на 0, 0038.