色度學(xué)與彩色電視之電視中彩色的分解與重現

2.3.1 彩色電視系統的組成原理

根據色度學(xué)的知識，無(wú)論是直射、反射、透射的彩色光，其顏色都取決于它的功率波譜P（λ），而可見(jiàn)光的波長(cháng)范圍是在380nm至780nm之間。假如彩色電視能在接收端恢復發(fā)送端原景物各點(diǎn)輻射光的光譜分布 P（λ），那么重現圖象一定與原景物的顏色一致。為此，必須將可見(jiàn)光的波長(cháng)范圍劃分為幾百個(gè)波長(cháng)區間，以每個(gè)波長(cháng)區間的輻射強度都要用一個(gè)信道傳送到接收端，然后在接收端將幾百條信道傳送來(lái)的信號合成，從而恢復出原景物輻射光的光譜分布P（λ）。很顯然，靠現有技術(shù)水平，按此法實(shí)現彩色電視是行不通的。

那么實(shí)現彩色電視的正確途徑是什么呢？根據人眼彩色的視覺(jué)特性，在彩色重現過(guò)程中，在接收端可以不需要恢復原景物輻射光的光譜分布 ，只需恢復原景物相同的顏色感覺(jué)。三基色原理指出，幾乎自然界大多數的彩色都能由三種相互獨立的基色相混而成。另一方面，人們利用分色鏡能將任一彩色分解成三種基色光，人們利用彩色光既能分解又能混合的原理，加上早已成熟的黑白電視技術(shù)，成功地創(chuàng )建了彩色電視。其系統組成如圖2.3-1所示。

在發(fā)送端用彩色攝象機來(lái)產(chǎn)生彩色電視信號，首先景物各點(diǎn)輻射的彩色光F0（圖中F即F0）經(jīng)過(guò)鏡頭和分色鏡分解成紅、綠、藍三種基色光R0、G0和B0，這三種基色光分別投射到三支攝象管的靶面上，每支攝象管的作用與黑白攝象管一樣，從而產(chǎn)生三個(gè)對應的基色信號E R0、E G0和E G0，這三個(gè)信號分別經(jīng)過(guò)各自的信道同時(shí)傳送到接收端。

在接收端是用顯象管或者投影管來(lái)重現彩色圖象的。接收端將收到的E R0、E G0和E G0分別去調制（或控制）顯象管或投影管的三條電子束，產(chǎn)生紅、綠、藍三種基色光Rd、Gd和Bd，它們會(huì )聚于一點(diǎn)合成重現彩色光Fd，如果整個(gè)電視系統設計得當，保證得到下列關(guān)系：

于是，圖象重現彩色Fd與原景物彩色F0的色度完全一致，它們給人眼的彩色感覺(jué)將完全相同，盡管Fd和F0的光譜分布大不一樣。

與黑白電視類(lèi)似，在收發(fā)兩端采用同步掃描的方式，就能得到整幅活動(dòng)的彩色電視圖象。此時(shí)，同步掃描要求更嚴格一些，它根源一支攝象管的顯象管（或投影管）的三條電子束都要保證同上掃描。

在實(shí)際的彩色電視系統中，攝象機產(chǎn)生的三基色信號E R0、E G0和E G0并非用三個(gè)信道獨立地傳送到接收端，而是將三路信號編碼成一路信號，用一個(gè)信道傳送到接收端。

2.3.2 彩色圖象的分解

利用分色鏡系統可將彩色圖象分解成三種基色圖象。分色系統是由雙向分色鏡（Di-chroic Mirror）D1、D2和反向鏡E1、E2組成，如圖2.3-1所示。雙向分色鏡表面附有透明的多層重迭的非金屬材料薄膜，因光的干涉作用，它具有選色特性。適當地選擇薄膜的厚度和折射率，可使一部分光反向，其余的光則全部透過(guò)，D1和D2的透過(guò)率如圖2.3-2所示。由圖可見(jiàn)，D1和D2分別只反射紅光和藍光，而其他光則全部透過(guò)。

在圖2.3-1中，當景物的彩色光F0經(jīng)鏡頭到達D1后，D1反射紅光而其他全部透過(guò)。被反射的紅光，經(jīng)E1全反射以到達紅光的攝象管。D1的透射光到達D2，D2反射藍光而其余光全部透過(guò)。被反射的藍光經(jīng)E2到達藍光的攝象管。D2雖然能夠透過(guò)紅光和綠光，但是由于D1和D2的聯(lián)合作用，只有綠光才能達到綠光的攝象管靶面。

由此可見(jiàn)，分色鏡可將景物的彩色光分解成紅、綠、藍三種光，分別在三支攝象管靶面上成象，從而產(chǎn)生三種基色光的電信號。

2.3.3 彩色圖象的重現

在電視中重現彩色圖象的方法常見(jiàn)的有兩種：一是利用彩色投影電視的方法；二是利用彩色顯象管熒光屏直接重現。

彩色投影電視是利用簡(jiǎn)單同時(shí)混色法得到彩色圖象的。它利用三只投影式顯象管分別將E R0、E G0和E G0轉換成紅、綠、藍三種基色光Rd、Gd、Bd，通過(guò)放映鏡頭，將三色光同時(shí)投射到銀幕上，這樣就混合成了原彩色圖象，如圖2.3-3所示。

彩色顯角管是利用空間混色法獲得彩色圖象的。常見(jiàn)的管子有三種：蔭罩管、單槍三束管、自會(huì )聚管，目前自會(huì )聚管的用量占絕對壓倒多數。并且，它們都是利用三種熒光粉發(fā)也紅、綠、藍三基色光而獲得彩色圖象的。現以較早使用的蔭罩管（見(jiàn)圖2.3-4）為例，它主要由電子槍和熒光屏組成。它有三個(gè)電子槍?zhuān)善纷中危韵蛑行膬A科1°。熒光屏布滿(mǎn)了大約50萬(wàn)組三色熒光粉點(diǎn)，每一組由紅、綠、藍三個(gè)熒光點(diǎn)組成，它們分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。熒光屏后有一金屬蔭罩板，上面布滿(mǎn)小孔，每個(gè)孔都對應著(zhù)一組三色點(diǎn)，熒光屏與蔭罩板的結構，如圖2.3-5所示。三個(gè)電子槍分別受到紅、綠、藍三個(gè)基色信號激勵后，發(fā)出電流密度隨圖象內容變化的三條電子束，它們會(huì )聚于蔭罩板的小孔內，穿過(guò)小孔，并分別轟擊對尖的紅、藍、藍熒光點(diǎn)，產(chǎn)生重現色光Rd、Gd和Rd。由于三個(gè)點(diǎn)

距離很近，人眼的分辨力有限，人眼感受到的是Rd、Gd和Bd的合成光Fd產(chǎn)生的彩色感覺(jué)，只要Rd、Gd和Bd滿(mǎn)足式（2.3-1）的關(guān)系，重現圖象交和原景物的彩色感覺(jué)相一致，即實(shí)現了彩色圖象的正確重現。