色度學(xué)與彩色電視之電視中彩色的分解與重現(xiàn)

2.3.1 彩色電視系統(tǒng)的組成原理

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

那么實現(xiàn)彩色電視的正確途徑是什么呢？根據(jù)人眼彩色的視覺特性，在彩色重現(xiàn)過程中，在接收端可以不需要恢復(fù)原景物輻射光的光譜分布 ，只需恢復(fù)原景物相同的顏色感覺。三基色原理指出，幾乎自然界大多數(shù)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(tǒng)組成如圖2.3-1所示。

在發(fā)送端用彩色攝象機(jī)來產(chǎn)生彩色電視信號，首先景物各點輻射的彩色光F0（圖中F即F0）經(jīng)過鏡頭和分色鏡分解成紅、綠、藍(lán)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)生三個對應(yīng)的基色信號E R0、E G0和E G0，這三個信號分別經(jīng)過各自的信道同時傳送到接收端。

在接收端是用顯象管或者投影管來重現(xiàn)彩色圖象的。接收端將收到的E R0、E G0和E G0分別去調(diào)制（或控制）顯象管或投影管的三條電子束，產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三種基色光Rd、Gd和Bd，它們會聚于一點合成重現(xiàn)彩色光Fd，如果整個電視系統(tǒng)設(shè)計得當(dāng)，保證得到下列關(guān)系：

于是，圖象重現(xiàn)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。

與黑白電視類似，在收發(fā)兩端采用同步掃描的方式，就能得到整幅活動的彩色電視圖象。此時，同步掃描要求更嚴(yán)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。

在實際的彩色電視系統(tǒng)中，攝象機(jī)產(chǎn)生的三基色信號E R0、E G0和E G0并非用三個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(tǒng)可將彩色圖象分解成三種基色圖象。分色系統(tǒng)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(dāng)?shù)剡x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，D1和D2的透過率如圖2.3-2所示。由圖可見，D1和D2分別只反射紅光和藍(lán)光，而其他光則全部透過。

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

由此可見，分色鏡可將景物的彩色光分解成紅、綠、藍(lán)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(xiàn)

在電視中重現(xiàn)彩色圖象的方法常見的有兩種：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(xiàn)。

彩色投影電視是利用簡單同時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(zhuǎn)換成紅、綠、藍(lán)三種基色光Rd、Gd、Bd，通過放映鏡頭，將三色光同時投射到銀幕上，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。常見的管子有三種：蔭罩管、單槍三束管、自會聚管，目前自會聚管的用量占絕對壓倒多數(shù)。并且，它們都是利用三種熒光粉發(fā)也紅、綠、藍(lán)三基色光而獲得彩色圖象的。現(xiàn)以較早使用的蔭罩管（見圖2.3-4）為例，它主要由電子槍和熒光屏組成。它有三個電子槍，成品字形，略向中心傾科1°。熒光屏布滿了大約50萬組三色熒光粉點，每一組由紅、綠、藍(lán)三個熒光點組成，它們分別位于等邊三角形的三個頂點。熒光屏后有一金屬蔭罩板，上面布滿小孔，每個孔都對應(yīng)著一組三色點，熒光屏與蔭罩板的結(jié)構(gòu)，如圖2.3-5所示。三個電子槍分別受到紅、綠、藍(lán)三個基色信號激勵后，發(fā)出電流密度隨圖象內(nèi)容變化的三條電子束，它們會聚于蔭罩板的小孔內(nèi)，穿過小孔，并分別轟擊對尖的紅、藍(lán)、藍(lán)熒光點，產(chǎn)生重現(xiàn)色光Rd、Gd和Rd。由于三個點

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，只要Rd、Gd和Bd滿足式（2.3-1）的關(guān)系，重現(xiàn)圖象交和原景物的彩色感覺相一致，即實現(xiàn)了彩色圖象的正確重現(xiàn)。