Рассмотренные выше методы и устройства формирования телевизионного сигнала – оптико-электронного преобразования, относились к формированию так называемого яркостного сигнала – телевизионного сигнала черно-белого телевидения, в котором визуальная информация передается только яркостными (но не цветовыми) параметрами изображения. Теперь рассмотрим, как формируется телевизионный сигнал при передаче цветного изображения.
В соответствии с теорией трехкомпонентного зрения Ломоносова-Гельмгольца любое цветное изображение может быть синтезировано из трех основных независимых цветов, например – из красного ®, зеленого (G) и синего (B). Именно на этом принципе базируется формирование, передача и отображение цветных изображений – разложить цветное изображение на три независимых цветовых компоненты, передать эти компоненты, и, на приемной стороне синтезировать из трех отдельных компонент цветное изображение.
Разложение цветного изображения на основные цвета и его синтез по этим цветам может выполняться разными способами. Первый – последовательный способ – Рис. 3.17
Горит синий экран на телевизоре. Как настроить Триколор.
Рис. 3.17 Схема последовательного способа передачи и воспроизведения основных цветов.
Этот способ передачи базируется на инерционности зрительной системы человека — способности зрительного аппарата воспринимать чередующиеся во времени цвета как их сумму при достаточно высокой скорости чередования. Система работает следующим образом.
Цветное изображение передаваемого объекта при помощи объектива проецируется на светочувствительную мишень телевизионной трубки (иконоскопа, видикона и т.п.) последовательно в трех цветах – красном, зеленом и синем. Для разложения светового потока на основные цвета используется вращающийся диск со светофильтрами, установленный между объективом и передающей трубкой.
На приемной стороне зритель также видит изображение на экране приемной электронно-лучевой трубки через вращающиеся светофильтры. При этом оба диска должны вращаться абсолютно синхронно, тогда цветопередача будет правильной. Таким образом, наблюдатель видит телевизионное изображение в трех разных цветах.
Но благодаря инерционности зрения возникает впечатление слитного цветного изображения. Для того чтобы не возникало мелькания цветов, за время передачи одного цветного кадра нужно передать фактически три независимых цветовых кадра, в связи с этим в такой системе количество передаваемых элементов изображения фактически возрастает в три раза. Соответственно, нужно в три раза увеличивать пропускную способность канала связи. Кроме этого, применение механических дисков со светофильтрами – не совсем современное решение. Поэтому такой способ передачи цветного изображения использовался только в самых первых цветных телевизорах.
Одновременный способ передачи цветов требует в общем случае использования трех передающих и трех приемных электронно-лучевых трубок – Рис. 3.18
КАК УБРАТЬ ЦВЕТНЫЕ ПЯТНА НА ЭКРАНЕ ТЕЛЕВИЗОРА. Как размагнитить телевизор
Рис. 3.18 Одновременный способ передачи цветовых компонент изображения
Разложение светового потока на независимые цвета в этой системе может выполняться как непосредственно светофильтрами, устанавливаемыми на каждую передающую трубку, так и с помощью специальных светоделительных (дихротических) зеркал, отражающих и пропускающих только отдельные цвета – Рис. 3.18. Этот способ передачи цветного изображения требует очень точного оптического и электрического совмещения растров передающих и приемных трубок, иначе возникают искажения цветов. В современных системах цветного телевидения передача осуществляется именно параллельным способом, но отображение цветного изображения производится одним электронно-оптическим преобразователем, совмещающим в себе все три одноцветных трубки Рис. 3.18.
При использовании в качестве преобразователя свет-ток ПЗС-матрицы также существует несколько способов формирования цветового телевизионного сигнала. Все они основаны на различных способах разложения полноцветного изображения на несколько изображений основных цветов. Наибольшую популярность получили методы с интерполяцией цвета.
В их основе лежит следующий принцип: каждый элемент светочувствительной матрицы благодаря светофильтру регистрирует яркость только одного из основных цветов (например – R, G и B). А полноцветное изображение получается путем суммирования изображений этих основных цветов.
Для того чтобы каждому пикселю соответствовал свой основной цвет, над ним помещается фильтр соответствующего цвета. Фотоны, прежде чем попасть на пиксель, сначала проходят через фильтр, который пропускает только волны своего цвета. Волны другой длины (другого цвета) будут просто поглощаться фильтром — Рис. 3.19.
Рис. 3.19. Разложение полноцветного изображения
на три основных цвета
Для каждого применения разрабатываются свои массивы цветных фильтров. Но наиболее популярными являются массивы фильтров цветовой модели Байера. Эта технология была изобретена в 70-х годах, когда проводились исследования в области пространственного разделения. В этой системе фильтры расположены вперемежку, в шахматном порядке, а количество зеленых фильтров в два раза больше, чем красных или синих. Порядок расположения таков, что красные и синие фильтры расположены между зелеными — Рис.3.20.
Рис. 3.20 Схема Байера
Такое количественное соотношение объясняется строением человеческого глаза – он более чувствителен к зеленому свету. А шахматный порядок обеспечивает одинаковые по цвету изображения независимо от того, как вы держите камеру (вертикально или горизонтально).
Соответственно, полнокадровая цветная ПЗС-матрица содержит три вертикальных полнокадровых сдвиговых регистра для переноса заряда всех элементарных ячеек R, G и B, а также три горизонтальных сдвиговых регистра для вывода строк цветовых компонент R, G и B. Точно так же утраивается число буферных регистров для матриц с буферизацией кадра или столбцов. Таким образом, к примеру, ПЗС-матрица с разрешением 1000х800 пикселей будет содержать на одном кристалле около 2.500.000 активных (светочувствительных) ПЗС-ячеек, и, как минимум, еще столько же ячеек переноса заряда. А если это ПЗС-матрица с буферизацией, то число элементов, еще удвоится.
В результате, на выходе цветной ПЗС-матрицы мы получаем три компоненты – R, G и B, цветноготелевизионноговидеосигнала.
Источник: studopedia.ru
Основные принципы цветного телевидения
Современное цветное телевидение опирается на трехмерную теорию цветового зрения, заключающуюся в том, что из трех цветов (красного, синего и зеленого), принятых условно за основные, путем их комбинирования можно получить любой цветовой оттенок. Таким образом, отпадает необходимость в непосредственной передаче всех цветов. Достаточно лишь передать информацию о количественном соотношении трех «основных» цветов.
Рис.9 Упрощенная схема цветной телевизионной системы: I — дихроичные зеркала, II — линии связи, III — экран цветного изображения.
Сильно упрощенная схема цветной телевизионной передачи представлена на рисунке. Передаваемое цветное изображение разбивается на три цветовых сигнала: красный R, зеленый G, синий В с помощью дихроичных зеркал, которые обладают способностью отражать один из основных цветов и пропускать остальные. Разделенные цветные сигналы передаются самостоятельно в эфир в виде электромагнитных волн и сводятся в одно общее изображение в телевизоре, точнее в кинескопе цветного изображения.
Для современных цветных телевизоров разработаны специальные трехцветные кинескопы с теневой маской, позволяющие получать на экране всю гамму цветов от красного до фиолетового через оранжевый, желтый, зеленый, голубой и синий.
Кинескоп цветного изображения имеет три электронных прожектора, расположенных симметрично под углом 120° один к другому. Каждый прожектор модулируется (управляется) определенным цветовым сигналом (R, G, В). Люминесцирующий экран состоит из трех групп люминофоров, расположенных триадами: красного (фосфат цинка Zn3(PC4)2, зеленого (виллемит Zn2SiО4Mn) и синего (сульфид цинка ZnSAg). Общее количество люминесцирующих зерен (R, G, В) составляет более миллиона. Прожекторы, теневая маска и цветовые зерна люминофоров (триады) расположены так, что красный сигнал попадает только на красносветящиеся зерна, зеленый — на зеленосветящиеся, синий — на синесветящиеся.
Так как зерна триад очень малы, на экране происходит пространственное смешение цветов и получается светящееся пятно, цвет которого зависит от соотношения токов электронных прожекторов, т. е. от величины принимаемых красного, зеленого и синего сигналов.
Рис.10 Схема устройства кинескопа цветного изображения.
Источник: www.stroimt.ru
ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
ЦВЕТНОЕ телевидение — это телевидение, в котором одновременно передается информация яркости и цвета изображения. Цветное телевидение доносит до зрителя богатство красок, делая восприятие изображения более полным.
Механизм передачи цветных изображений основывается на теории трех компонентов цветового зрения человека. Оптически многообразие природных цветов можно воспроизвести тремя основными цветами: красным, синим и зеленым. За счет этого в цветной передающей телекамере при помощи трех световых фильтров создаются три одноцветных оптических изображения объекта.
Изображения создаются на светочувствительной мишени передающей телевизионной трубки. Телевизионный сигнал формируется и передается в канал связи цветного телевидения благодаря методам кодирования цветовой информации. В цветном телевизоре с помощью декодирования видеосигнал выделяется из телевизионного сигнала. Поступая на приемную телевизионную трубку, видеосигнал начинает управлять яркостью свечения люминофоров.
Самым распространенным считается трехцветный кинескоп с тремя лучами и теневой маской, в котором видеосигналы подаются в одно время на модуляторы трех электронных прожекторов. Амплитуда видеосигналов изменяется и вместе с ней изменяется ток электронных лучей.
Люминофоры, как правило, наносятся на экран цветной приемной телевизионной трубки мозаичными кружками, которые образуют группы триад. В каждой триаде находится три кружка люминофоров, светящихся своим цветом под действием электронных лучей. Каждый люминофор светится либо красным, либо синим, либо зеленым светом. Чтобы цвет на экране правильно воспроизвелся, в канале передачи устанавливается матричный цветокорректор, который преобразует линейные видеосигналы в сигналы основных цветов приемника.
Русским инженером И. А. Адамианом в 1907—1908 гг. был предложен метод передачи цветовых кадров. Через 17 лет он же предложил систему телевидения с тремя цветами и последовательной передачей цветовых полей. Поля передавались развертывающим диском П. Нипкова. Второй проект Адамиана технически реализовал в 1928 г. англичанин Дж. Бэрдом.
В США в 1929 г. ученые лаборатории «American telephone and telegraph company» продемонстрировали одновременную систему цветного телевидения с механической разверткой. Передача сигналов в системе осуществлялась с помощью трех независимых каналов. В том же году советский инженер Ю. С. Волков использовал в приемнике цветного телевидения электронно-лучевую трубку с тремя экранами. Полупрозрачные зеркала оптически совмещали три цветовых изображения.
Американская радиовещательная компания «Columbia Broadcasting System» разработала последовательную систему цветного телевидения электронного типа. В 1951—1953 гт. в США ее использовали как стандартную систему телевизионного вещания. В СССР система, аналогичная американской, была разработана в 1948—1953 гг. По данной системе телевизионное вещание производилось в Москве. В 1953— 1956 гт.
Америка, Канада и Япония перешли на телевещание по системе NTSC. В 1958 г. советские ученые создали цветное телевидение с квадратурной модуляцией цветовой поднесущей, которая была совместима с черно-белым телевидением. Во Франции в 1966 г. инженеры создали советско-француз-
скую систему SECAM, которая уже в следующем году была введена в эксплуатацию в обеих странах. С 1967 г. цветное вещание получило распространение в ФРГ, Нидерландах, Великобритании, странах Западной Европы. В Германии в 1962—1966 гг. была создана система PAL.
После того как цветное вещание пришло на смену черно-белому, начались разработки систем цветного стереоскопического телевидения. Технические средства, устройства цветного телевидения начинают все масштабнее использоваться в промышленном телевидении и других областях применения. Цветное телевидение используется в космических исследованиях, помогает наблюдать за стыковкой космических кораблей, состоянием космонавтов, передает из космоса цветные изображения различных космических объектов и поверхностей Земли и т. д. В медицине цветное телевидение применяется при демонстрации хирургических операций, эндоскопии и т. д. Кроме этого, цветное вещание широко применяется в металлургии, химии, физике и т. д. Распространяется как профессиональная, так и любительская видеосъемка, организуется выпуск цветных видеозаписей, производство приставок к телевизору и др.
Советское телевидение почти сразу же после разработки нового принципа вещания полностью перешло на цветное телевидение. Выпускались студийное и внестудийное оборудование для цветного вещания, расширялась территория работы цветного телевидения.
В цветном телевидении решались такие проблемы, как переход на однолучевую приемную телевизионную трубку в сочетании с однотрубочной передающей камерой. В стереоцветном телевидении искались методы сужения частотной полосы, разрабатывались системы передачи изображений с двумя и более позициями, т. е. многопозиционные системы, разрабатывались методы голо-графического телевидения и т. д.
Источник: enciklopediya-tehniki.ru