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

Рис. 1.16. Удельные координаты цвета в системе RGB

трех компонентов цвета при определении его яркости. Поэтому в 1931 г. МКО была принята более удобная колориметрическая система нереальных цветов XYZ, которая используется для выполнения всех расчетов, связанных с воспроизведением цвета в телевидении и в видеотехнике.

1.7.2.Цветовая система XYZ

Воснову построения системы XYZ были положены следующие условия:

1.Удельные координаты – кривые смешения не должны иметь отрицательных ординат, то есть все реальные цвета определяются положительными значениями модулей основных цветов выбранной координатной системы.

2.Количественная характеристика цвета – яркость – должна полностью определяться одним его компонентом.

3.Координаты белого цвета равноэнергетического излучения Е должны быть равными.

Для обеспечения данных требований в качестве основных цветов были выбраны три теоретических (реально не воспроизводимых) цвета XYZ. Координатная система XYZ выбрана так, чтобы векторы основных цветов находились в цветовом пространстве вне тела реальных цветов. Оси X, Y, Z являются ортогональной декартовой системой координат осей в цветовом пространстве – координата Y полностью определяется яркостью цвета, а два других основных цвета X и Z лежат в плоскости нулевой яркости.

Любой цвет в системе XYZ описывается следующим выражением:

f′F = x′X + y′Y + z′Z

и изображается в цветовом пространстве точкой с координатами x′, y′, z′ или вектором, проведенным в эту точку из начала координат. Модули основных цветов x′, y′, z′ определяются выражениями, аналогичными (1.9):

Рис. 1.17. Удельные координаты цвета в системе XYZ

2

x P x d ,

z P z d .

1

Графики удельных координат (кривые смешения) в системе XYZ показаны на рис. 1.17.

Координаты цветности чистых спектральных цветов x, y, z в системе XYZ вычислены и стандартизованы МКО. Например, x = x′/М; y = y′/М; z = z′/М, где М = x′ + y′ + z′ – модуль цвета. Значения координат цветности x, y, z для монохроматических излучений изображены графически на рис. 1.18.

В системе XYZ одна из координат цветности является зависимой от двух других, так как x + y + z = 1. Поэтому для определения цветности достаточно двух координат, например x и y.

Для практических расчетов в системе XYZ рекомендуется использовать известную диаграмму цветности МКО, полученную проекцией диаграммы цветности единичной плоскости на плоскость xy в направлении оси z (рис. 1.19).

Рис. 1.18. Координаты цветности в системе XYZ

Рис. 1.19. Диаграмма цветности МКО

Анализируя цветовой график МКО, необходимо отметить следующее: Координаты цветности всех реальных цветов находятся внутри спектраль-

ного локуса (геометрического места координат цветности чистых спектральных цветов) и определяются положительными значениями x и y.

Равноэнергетический белый цвет Е, имеющий чисто теоретический, расчетный характер, находится в центре тяжести треугольника xoy. Его координатами цветности будут x = 1/3 и y = 1/3.

Цветность смеси двух цветов отображается точкой внутри треугольника, вершины которого образованы смешиваемыми цветами.

Цветность смеси трех цветов отображается точкой внутри треугольника, вершины которого образованы смешиваемыми цветами.

Цветность сложного излучения помимо координат цветности может быть охарактеризована цветовым тоном и насыщенностью. Цветовой тон любого цвета на диаграмме цветности МКО определяется длиной волны монохроматического излучения (доминирующей длиной волны λd), соответствующей пересечению кривой спектральных цветов – спектрального локуса с прямой, проходящей через точку Е и точку, отображающую цветность искомого цвета, например точку М (см. рис. 1.19). Насыщенность численно характеризуется чистотой цвета Pцв, то есть относительным содержанием в нем спектрального цвета (монохроматического светового потока Fλ):

Pцв = 100 Fλ/( Fλ + Fб), %,

где Fб – световой поток белого цвета, входящего в смесь со спектральным цветом.

Насыщенность максимальна (Pцв = 100%) для чистых спектральных и пурпурных цветов и минимальна (Pцв = 0) для белого цвета.

1.7.3.Равноконтрастная цветовая диаграмма

Сколориметрической точки зрения цвет отображается точкой на диаграмме цветности МКО (см. рис. 1.19). Естественно, что вокруг этой точки имеется окрестность, в которой глаз еще не воспринимает изменение цвета. Поэтому мерой различия цветностей, отображаемых двумя точками на плоскости цветовой диаграммы xy, может служить расстояние между ними. В 1939 г. Мак-Адам провел экспериментальное измерение чувствительности глаза к изменениям цветности, результаты которого представлены на диаграмме цветности xy в соответствии с рис. 1.20. Аналогичные исследования в США были выполнены Джаддом.

Каждый эллипс, построенный в 25 точках диаграммы xy, представляет собой геометрическое место точек одинаково воспринимаемых цветностей. Полуоси эллипсов равны среднеквадратическим ошибкам установки цветовых равенств наблюдателями при одинаковых яркостях для всех эллипсов. Их длину можно принять за порог цветоразличения. На рис. 1.20 все пороги увеличены в 10 раз. Из рассматриваемого рис. 1.20 видно, что пороги в разных участках диаграммы цветности в значительной степени различаются. Например, порог по

цветовому току Δλ, как правило, меньше, чем порог по насыщенности p. Это подтверждено также результатами прямых измерений таких порогов. Опытным путем было найдено, что человек различает примерно 150 спектральных и

Рис. 1.20. Пороги цветоразличения по Мак-Адаму (эллипсы изображены с десятикратным увеличением)

30…50 пурпурных тонов, а число различаемых порогов насыщенности колеблется от 25 для красного до 4 для желтого цвета. Значительно большее число различаемых нами порогов яркости белого: оно составляет несколько сотен (например, порядка 610). Так как все пороги взаимосвязаны, то общее число различаемых цветов определить чрезвычайно трудно. Число различаемых цветностей можно весьма приблизительно оценить в 1300, а общее число цветов – порядка нескольких десятков тысяч [7].

Особо следует отметить, что вышеприведенные результаты были получены в условиях точных колориметрических измерений, значительно отличающихся от условий наблюдения телевизионных измерений (соседство сравниваемых цветов, ровные цветовые поля и пр.). Практические допуски на точность цветопередачи в телевидении могут быть значительно бóльшими, чем пороги Мак-Адама, но здесь дело осложняется их зависимостью от сюжета передачи. Наиболее критично воспроизведение ровных неокрашенных полей (например, шкалы градаций серого), здесь порог заметности появления окраски равен всего двум-трем порогам Мак-Адама для белого цвета: он соответствует изменениям размаха сигналов основных цветов всего на 0,3…0,5%. При переходе к сюжетным цветным изображениям острота цветоразличения резко падает; наиболее критичным объектом является кожа лица; требования к точности сигналов основных цветов снижается до 2…3% или даже до 5%.

Неоднородность цветовой диаграммы xy объясняется тем, что наш глаз воспринимает изменения координат цветности x, y не по линейному закону. Таким образом, хотя на цветовой диаграмме xy расстояние между двумя точками всегда является критерием различия цветностей, соответствующих этим точкам, по величине этого расстояния нельзя точно судить о количестве содержащихся в нем порогов цветоразличения.

В целях устранения этого недостатка целесообразно построить такую цветовую диаграмму, в которой пороги цветоразличения (при неизменной яркости) во всех направлениях выражаются отрезками прямых линий постоянной длины, независимо от их места на этой диаграмме. Такая цветовая диаграмма получила название равноконтрастной диаграммой цветности (в зарубежной литературе используются обозначения UCS – Uniform Chromaticity Scale).

На равноконтрастной диаграмме цветности расстояние между цветами на пороге различения оказывается почти одинаковым. Поэтому окружность представляет собой зону равнозаметных изменений цветности, причем в пределах этой зоны изменения цветового тона и насыщенности цвета являются одинаково различимыми.

Равноконтрастная диаграмма цветности может быть получена из диаграммы цветности xy путем замены основных цветов X, Y, Z другими основными цветами U, V, W с тем, чтобы сократить область зеленых цветов, где эллипсы Мак-Адама (Джадда) имеют большие размеры и расширить область синих цветов, где эти эллипсы имеют малые размеры.

Выбирают такое расстояние единичной плоскости в системе новых основных цветов U, V, W, чтобы все эллипсы на диаграмме цветности в системе XYZ