Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Рис. 1.13. Зависимость критической частоты мельканий от яркости мигающего источника света

Рис. 1.14. Зависимость коэффициентов a, b от величины скважности световых импульсов

Для других величин скважности световых импульсов значения коэффициентов а и b приведены на рис. 1.14 [4].

Исследования, проведенные в Институте физиологии им. И.П. Павлова РАН, показали наличие оптимальной частоты 77 ± 2 Гц в случае воздействия электрических импульсов на мозг человека. Частота 77 ± 2 Гц превышает критическую частоту слияния мельканий в телевидении и кинематографе, но лежит в диапазоне усваиваемых мозгом частот, регистрируемых электроэнцефалограммами [5].

Экспериментально установлено положительное воздействие на психофизиологическое состояние зрителей световых мельканий с частотой 77 ± 2 Гц. В этом случае наблюдается улучшение показателей психофизиологического состояния: снижается утомление и улучшается внимание.

Экспериментальное доказательство существования оптимальных параметров световых мельканий вызвало к жизни идею создания как телевизионной, так и кинематографической систем, способствующих улучшению психофизиологического состояния зрителей, снижению их утомления и улучшению внимания.

1.6. Особенности восприятия цвета

Основой теории цветового зрения является установленный экспериментально факт, что все цвета могут быть получены путем сложения (смешения) трех цветовых потоков – красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов.

Одним из первых серьезные опыты по цветовосприятию провел И. Ньютон (1643-1727 г.г.). Это были опыты по разложения солнечного света с помощью стеклянной призмы. Ньютон показал, что степень преломления и цвет излучения связаны определенной зависимостью.

Изучение вопросов цветовосприятия привело Ньютона к мысли о возможности получения любого цвета путем смешения семи основных цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Наконец, расположив эти основные цвета по окружности, он пришел к идее систематизации условных ощущений и отображения их в виде точек на плоскости (цветовой круг Ньютона). Им же было сформулировано правило нахождения координат точки смеси по координатам смешиваемых цветов.

Однако истоки современной трехкомпонентной теории цветового зрения впервые сформулированы в работе великого русского ученого М.В. Ломоносова «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее, в публичном собрании Академии наук июля 1 дня 1756 года говоренное Михайлом Ломоносовым». Эта теория явилась основой для построения феноменологической (феноменология – наука о чувственном познании) модели цветового зрения, которая предполагает наличие трех основных видов рецепторов, реагирующих на красную, зеленую и синюю части спектра. При равном возбуждении рецепторов создается ощущение белого, а все другие цветовые ощущения связаны с различием в возбуждении трех рецепторов.

Трехкомпонентная теория цветового зрения была в дальнейшем подтверждена и нашла развитие в работах английского ученого Т. Юнга (1773-1813 гг.), который в 1802 г. для оценки этих ощущений предложил пользоваться цветовым треугольником, в вершинах которого располагаются основные цвета.

Более детальное экспериментальное и теоретическое развитие трехкомпонентная теория цветового зрения получила в Германии в трудах Г. Гельмгольца (1821-1894 гг.) в Великобритании – в работах Д. Максвелла (1831-1879 гг.). Гельмгольц провел многочисленные опыты по смешению спектральных цветов и установил основные закономерности смешения световых потоков. Максвелл дал количественную оценку явлениям смешения световых потоков различного спектрального состава и предложил математический аппарат для расчета цвета смеси излучений сложного спектрального состава. Максвелл впервые ввел цветовое уравнение как способ записи равенства цветовых ощущений при воздействии на него различных по спектральному составу излучений. В подтверждение своих теоретических исследований Максвелл в 1861 г. одним из первых получил цветовую фотографию, синтезированную из трех цветоделенных изображений.

А. Кениг и Дитеричи (Германия) в 1892 г. экспериментально определили кривые спектральной чувствительности разновидностей колбочек (кривые ос-

Рис. 1.15. Кривые спектральной чувствительности различных групп колбочек

новных возбуждений). Более детальное исследование вопросов спектральной чувствительности глаза были проведены в 1935 г. русскими физиологами Н.Т. Федоровым и В.И. Федоровым (рис. 1.15). Масштабы представленных на рис. 1.15 кривых спектральной чувствительности выбраны такими, чтобы для белого цвета площади, ограниченные кривыми, были бы равны, так как ощущение белого цвета возникает при возбуждении всех трех разновидностей колбочек.

Таким образом, анализ воздействующего на глаз излучения тремя типами колбочек с различной спектральной чувствительностью и последующий синтез результатов их возбуждений зрительными участками коры головного мозга вызывает ощущение большого числа цветовых оттенков окружающих нас предметов. Важной особенностью нашего цветового зрения является то, что глаз воспринимает яркость предметов путем суммирования ощущений, полученных тремя рецепторами, а цветность воспринимается как отношение этих ощущений.

1.7.Принципы цветовых измерений и расчетов

1.7.1.Колориметрическое определение цвета

Втелевидении используется локальное, пространственное и бинокулярное смешение цветов. Локальное смешение может быть одновременным, когда на одну поверхность проецируются два или несколько излучений, вызывающие каждый в отдельности ощущение разных цветов, и последовательным, когда аналогичные излучения воздействуют на глаз последовательно одно за другим. При быстрой смене излучений в зрительном аппарате возникает ощущение единого результирующего цвета. При пространственном смешении участки, окрашиваемые смешиваемыми цветами, имеют достаточно малые размеры, и глаз воспринимает их как единое целое. Примером могут служить мелкие штрихи, мозаика и др.

Из основного закона смешения следует, что любые четыре цвета находятся

влинейной зависимости. Иначе говоря, любой цвет может быть выражен через любые три взаимно-независимых цвета:

где f′F – излучение произвольного состава, единица которого обозначена через F, а количество единиц – через f′; R, G, B – единичные количества основных цветов; r′, g′, b′ - множители, указывающие количества излучений, соответствующих цветам R, G, B, – или «модули этих цветов».

Основными называются взаимно-независимые цвета, которые нельзя получить смешением двух других, то есть они не могут быть связаны уравнением типа:

r′R = g′G + b′B; g′G = r′R + b′B; b′B = r′R + g′G.

Примером взаимно-независимых являются R, G, B цвета. Экспериментальную проверку законов смешения цветов удобно произво-

дить путем установления тождества цветов полей сравнения с помощью устройства, состоящего из гипсовой призмы, на одну из граней которой проецируется излучение исследуемого источника, а на другую грань – излучение от трех источников: красного R, зеленого G и синего B. Зрительная труба, при помощи которой ведутся наблюдения, направлена на ребро призмы, разделяющего освещенные грани. Следовательно, поле зрения трубы разделено на два поля сравнения: одно, освещаемое исследуемым цветом, другое – освещаемое смесью трех источников. Между каждым из трех источников R, G, B и призмой стоит устройство, ослабляющее полное излучение данного источника в определенное число раз. Меняя интенсивность потоков излучения, подаваемого на грань призмы от того или иного источника, колориметрист добивается уравнивания цвета, то есть цветности и яркости полей сравнения.

Необходимо отметить, что для чистых спектральных цветов нельзя получить цветового равенства (1.8) ни при каких значениях основных цветов R, G, B. Согласование для этих цветов наступает лишь тогда, когда один из основных цветов переносится на сторону исследуемого цвета.

В случае переноса в сторону исследуемого цвета, например красной составляющей, цветовое уравнение принимает следующий вид:

f′F + r′R = g′G + b′B,

или

f′F = –r′R + g′G + b′B.

Таким образом, при описании некоторых цветов с помощью уравнения (1.8) коэффициенты r′, g′, b′ могут иметь отрицательные значения. Это позволяет расширить применимость форм цветного уравнения (1.8), показывающего, что в общем случае цвет определяется тремя независимыми переменными r′, g′, b′, что подтверждает его трехмерность.

Знание численных значений цветовых коэффициентов r′, g′, b′ полностью определит воздействующее на глаз излучение и количественно, и качественно. Для определения только качественной характеристики светового потока цветности F достаточно знать не абсолютные, а относительные количества основных цветов r, g, b, определяемые из следующих выражений [6]:

где m = r′ + g′ + b′ – цветовой модуль.

Очевидно, что r + g + b = 1. Символы r, g, b носят названия координат цветности.

Сопоставление результатов измерения цвета возможно лишь при единой колориметрической системе, оперирующей вполне определенными основными цветами. Поэтому в целях устранения неопределенности измерения цвета МКО в 1931 г. стандартизовала в качестве основных цветов – три монохроматических излучения с длинами волн λR = 700 нм, λG = 546,1 нм и λB = 435,8 нм. Выбранные основные цвета удобны тем, что два из них R и B близки к краям видимого спектра, а третий G – к его середине, поэтому каждый из них действует преимущественно на свою группу рецепторов.

Координаты цвета r′, g′, b′ любого сложного излучения могут быть определены, если известен спектральный состав этого излучения P(λ):

b P b d ,

1

где λ1, λ2 – границы светового диапазона электромагнитных колебаний.

Величины r , g ,b представляют собой цветовые свойства среднего наблюдателя, фиксирующего достижения цветового равенства (1.8), которые были стандартизированы МКО в 1931 г. на основе экспериментальных исследований. Цветовые свойства наблюдателей были стандартизованы для монохроматического излучения мощностью 1 Вт во всем видимом диапазоне длин волн. В результате были получены удельные координаты или удельные цветовые коэффициенты. Графические зависимости удельных координат цвета или кривые смешения изображены на рис. 1.16.

Отрицательные участки ординат кривых смешения показывают, что в цветовом уравнении (1.8) величины r′, g′, b′ для чистых спектральных цветов имеют отрицательные значения. Это показывает невозможность получения чистых спектральных цветов смешением основных реальных цветов RGB. Отрицательные координаты затрудняют расчеты цвета излучения по его спектральному составу. Вторым недостатком системы RGB является необходимость расчета всех