Цветокоррекция в цветном телевидении

Причины цветовых искажений:

В эпоху черно-белого телевидения основными проблемами с изображением были правильно воспроизведенные ярость и контрастность, а также последовательность воспроизведения кадров и строк, но с появлением цветного телевидения пришлось ещё обратить внимание на правильную цветопередачу и цветовоспроизведение. Разберем основные причины невозможности полностью передать исходный цвет на телевизионный экран.

В телевизионных экранах используется аддитивное цветосмешение, т.е. требуемый цвет получается при помощи трех основных цветов: красный (R), синий (B), зеленый (G). Отсюда вытекает как раз одна из причин невозможности полостью передать исходный цвет, а это различный спектр у цвета полученного из RGB и исходного.

Другая причина различный цветовой охват у разных моделей телевизоров. На рисунке 1 представлены различные цветовые треугольники у разных технологий:

Рисунок 1. Координаты цветностей основных цветов современных приборов для телевизионных экранов.

Рисунок 2. Воспроизведение одного изображения на разных моделях телевизоров.

На рисунке 2 мы ясно видим, как отличается воспроизводимая картинка на телевизорах различных моделей с различными цветовыми охватами.

Также сам цветовой охват как видно из рисунка 1 не охватывает некоторые цвета, но при этом телевизионный экран должен воспроизводить эти цвета, а если точнее их метомеры, т.е. такие цвета, которые человеческий глаз не отличает от оригинального цвета при воспроизведении, для этого применяются цветокорректоры рассмотренные далее.

Мы рассмотрели причины цветовых искажений получаемых на экранах телевизоров пользователей при условии, что сигнал был получен без искажений, но помимо искажений получаемых на приеме мы также имеем цветовые искажения при снятии самого изображения, т.е. при самой видеосъемке.

Для того чтобы видеокамера снимала изображение с исходными цветами её кривая смешения цвета, зависимость чувствительности к длине волны, должна быть аналогична кривой смешения человеческого глаза, но тут возникает ещё одна проблема. На рисунке 3 представлена кривая смешения человеческого глаза с использование мнимых (не существующих) цветов XYZ:

Рисунок 3. Кривая смешения XYZ.

Как видно из рисунка красный мнимый цвет X имеет второй «горб» в диапазоне 400-500 нм, который сложно реализовать для камеры и помимо этого его реализация вызовет усложнение и удорожание конструкции видеокамеры поэтому камеры имеют чувствительность без данного «горба».

В связи с этим мы уже на стадии снятия изображения получаем незначительные цветовые искажения.

Цветокорректоры:

Цветокорректоры – это устройства в аппаратуре телецентра, служащее для корректировки цветовых искажений. В простейшем случае цветокорректор можно представить как три канала цвета (RGB) и на каждом из них стоит усилитель амплитуды сигнала . Данное образное представление изображено на рис. 4:

Рисунок 4. Простейшее представление цветокорретора.

Данная схема дает только образное представление о работе

цветокорректора.

В реальности цветокорректор включается в схему камерного канала после гаммакорректоров, которые корректируют световые характеристики «красного», «зеленого» и «синего» каналов телевизионного экрана.

Как правило, схема цветокорректора представляет собой матричную схему, работу которой можно описать следующей системой уравнений:

E ro E go E ro

= «11 • ER + «12 • EG + «13 • ER;

= « 2i •E R + « 22 •E G + « 23 • E R ;

= « 31 •E R + « 32 •E G +« 33 •e r ,

}

где E_rо, E_gо, Е_во - выходные сигналы цветокорректора; E_r , E_g , и Е_в -входные сигналы, коэффициенты ay (i, j=1-3) называются коэффициентами маскирования.

Цветокорректор настраивают так чтобы он правильно воспроизводил белый цвет (в России и Европе - D6500, США – источника C (цвет голубого неба)) и тогда, теоретически цветовые искажения на выходе корректора будут минимальны. На таком принципе например построен матричный цветокорректор Кинга. Данная схема цветокорректора представлена на рисунке 5:

Рисунок 5. Структурная схема электронного цветокорректора Кинга с матрицами: 1,2,3 – парафазные усилители; 4 – регулятор цветового тона; 5 -регулятор насыщенности; 6, 7, 8 – пассивные матрицы. Штриховые линии означают механическую связь.

Данный вид цветокорректора имеет недостаток в связи с тем, что он воспроизводит только белый цвет без искажения, а остальные цвета с искажениями. На рисунке 6 представлены скорректированные искажения по схеме Кинга.

Здесь показаны цветовые искажения цветов, обозначенных цифрами от 1 до 17 (оригинальные цвета), а линии, проведенные от этих точек, представляют собой величину искажений цветности изображений на экране. Буквой W обозначении белый цвет D6500 по которому и происходит корректировка цветов в корректоре.

Рисунок 6. Искажения цветопередачи телевизионной системы при приеме на цветной телевизор c цветным кинескопом [1-5].

Величина цветовых искажения определяется длиной прямой между исходным (оригинальным) цветом и цветом полученным на экране. И как видно из рисунка 6 цветовые искажения увеличиваются по мере удаления от белого цвета.

Для уменьшения цветовых искажений на экране телевизора можно добавить дополнительный блок памяти [5, 6]. Рассмотрим поподробнее.

Данный вариант рассматривает добавление в телевизионный приёмник дополнительных блоков: постоянное запоминающее устройство, в котором храниться девять значений коэффициентов обратной матрицы уравнения (2) и вычислительное устройство в котором происходит перерасчет величин видеосигналов U , U , U для воспроизведения на экране цвета с координатами X, Y, Z. Схема включения показана ниже на рисунке 7:

Рисунок 7. Добавляемый узел в телевизионный приемник. Здесь (1) – вычислительное устройство, (2) – постоянное запоминающее устройство.

Необходимые значения видеосигналов определяются из следующего матричного уравнения:

Ur "		x R	xG	x B	- 1	" X"	(2) •
U G	=	y R	yG	yB	'	Y
U b .		_ z R	zG	z B _		_ Z _

Значения коэффициентов обратной матрицы вычисляются единожды и зависят от типа телевизионного приёмника, что в настоящее время очень выгодно в связи с большим разнообразием телевизоров с различным цветовым охватом.

В вычислительном устройстве должна быть использована следующая логика: если значение любого вычисленного значения UR, U,, UR меньше 0, то RGB его значение приравнивается нулю.

После включения данной схемы в телевизионный приемник картины представленной на рисунке 2, а именно различное воспроизведение одной и той же картины уже не будет.

На рисунке 8 показаны результаты измерений телевизионного приемника, который уже имеет прибор изображенный на рисунке 7:

Рисунок 8. Цветовые искажения в телевизионной системе, полученные путем передачи сигналов цвета и воспроизведенные на экране, имеющий прибор с использованием люминофоров (кинескоп стандарт EC) [6]

Как видно из рисунка 8 результаты показанные с добавлением устройства довольно таки потрясающие. Прямые соединяющие оригиналы цветов, находящихся за пределами цветового охвата и их изображение на телевизионном экране минимальны, а если точнее лежат прямо на грани треугольника, что говорит и об цветовых искажениях, а цвета находящиеся в зоне цветового охвата вообще воспроизводятся без каких-либо искажений.