Страница 9 из 37
Рис. 14. Примеры световых спектров.
а — зеленый монохроматический свет;
б — немонохроматический зеленый свет (с отдельными спектральными линиями);
в — немонохроматический зеленый свет (непрерывный спектр излучения).
Графическое изображение спектрального распределения света называется спектрограммой; для получения такой характеристики пользуются спектрографом со стеклянной призмой, через которую пропускают исследуемый световой луч, а затем в различных участках шкалы частот замеряют, например, с помощью фотоэлемента интенсивность падающего света (рис. 15).
Рис. 15. Анализ света с помощью спектроскопа с призмой.
Свет от источника И фокусируется на экране, в плоскости которого установлена линейка с делениями, обозначающими длины волн. Между фокусирующей свет линзой и экраном помещена разлагающая свет призма П. Вдоль линейки перемещается фотоэлемент Ф, соединенный с измерительным прибором А; такое устройство позволяет снять спектрограмму для каждой точки спектра анализируемого света.
Чтобы синтезировать такой свет, нужно соответствующим образом дозировать мощность источников таких же, как и при анализе монохроматических цветов, и смешать эти исходные световые потоки (рис. 16).
Рис. 16. Дозирование основных цветов, используемых в цветном телевидении для воспроизведения различных цветовых тонов. Единицы измерения на осях координат произвольные (уменьшенный масштаб). Смесь одинаковых количеств трех основных цветов дает белый «дневной свет».
Если же придется иметь дело с действительно непрерывным спектром, то для синтеза такого света потребуется бесчисленное множество элементарных источников. Следовательно, мы должны прийти к выводу, что если анализ даже самого сложного света всегда возможен с помощью спектрографа, то синтез его спектра излучения исключительно сложен, вообще неосуществим.
Не существует метода, который позволил бы точно воспроизвести все существующие в природе цвета. Приходится довольствоваться приближенными решениями. Следовательно, любой метод воспроизведения цветов всегда имеет определенные пределы; есть цвета, которыми приходится жертвовать, но во всех случаях необходимо иметь возможность воспроизводить всю шкалу серых тонов от черного до белого.
Если анализировать подлежащий воспроизведению окрашенный световой поток только в нескольких точках спектра, которые называют основными, или первичными, цветами, то сами собой напрашиваются следующие выводы:
1. Смесь взятых в одинаковой пропорции всех первичных цветов должна приводить к бесконечности, т. е. давать нейтральный серый, белый или черный тон.
2. Чем больше количество, первичных цветов, тем большее количество цветовых оттенков воспроизводится в цветном изображении.
Количество первичных цветов, естественно, не может быть меньше двух (в противном случае нельзя будет получить серого тона). Если при анализе и воспроизведении ограничиться двумя основными цветами, то этот способ называется двухцветным. Интересные работы в этой области были проведены Лэндом (США) — создателем одноступенчатого способа получения фотографических изображений, получившего название «поляроид». В результате проведенных исследований было установлено, что двухцветный способ может дать «приятные» цвета (именно это слово употребил сам Лэнд). Однако верность воспроизведения цветов не может быть достаточной: если, например, в качестве одного из первичных цветов выбрать желто-зеленый (к которому человеческий глаз особенно чувствителен), то в качестве второго основного цвета необходимо взять дополнительный к первому цвету, чтобы иметь возможность получить нейтральный серый тон; таким дополнительным цветом к желто-зеленому является сине-фиолетовый. В этом случае невозможно получить достаточно чистый красный цвет. Разумеется, можно поискать другие пары первичных цветов, но во всех случаях придется идти на значительные жертвы.
Наиболее оправдавшееся на практике приближение — трехцветный способ воспроизведения цветных изображений. В этом случае используют первичные цвета, более или менее равномерно распределенные по спектру: красный — на низких частотах, зеленый — на средних частотах и синий — на высоких частотах, (рис. 17).
Рис. 17. Анализ и синтез света трехцветным способом.
а — анализируемый свет от источника И системой полупрозрачных зеркал З1 и 32 проецируется на фотоэлементы ФR, ФG и ФB, по пути к которым свет проходит соответственно через фильтры R, G и В. Токи фотоэлементов замеряются амперметрами;
б — полученные в результате измерений величины учитываются при регулировке с помощью диафрагм световых потоков от трех ламп ЛR, ЛG и ЛB, а затем эти потоки через фильтры R, G и В направляются на экран.
Необходимо отметить, что все эти первичные цвета немонохроматические: выделение цвета производится с помощью оптических фильтров, а сделать фильтры, пропускающие только одну длину волны, практически невозможно. При выборе первичных цветов для цветного телевидения главным соображением была легкость промышленного изготовления люминофоров соответствующих цветов для приемных трубок (см. гл. 6). Следует также отметить, что не все цвета можно верно воспроизвести простым сложением трех первичных цветов. Для получения некоторых цветовых тонов приходится прибегать к вычитанию, что, как показано на рис. 16, приводит к отрицательным величинам первичных цветов. На этом рисунке показано, в каком соотношении должен использоваться каждый из первичных цветов, чтобы полученная смесь производила впечатление того или иного цветового тона. Так, например, для того чтобы получить излучение с длиной волны 500 нм нужно сложить небольшое количество синего с несколько большим количеством зеленого и из полученной смеси вычесть красный. Как это понять?
Это означает, что для воспроизведения эффекта, производимого излучением с длиной волны 500 нм, нужно прежде всего изменить его путем добавления некоторого количества первичного красного цвета. Тогда соответствующим образом дозированная смесь зеленого и синего создаст такое же ощущение, что и смесь излучения с длиной волны 500 нм с примесью красного цвета. Именно это количество красного со знаком минус должно вводиться в смесь трех первичных цветов.
На практике анализируемый световой луч оптическими методами разделяется на три части и, направляется на три фильтра, из которых один пропускает только красный, второй — только зеленый и третий — только синий цвета.
Интенсивность света замеряется, например, фотоэлементом. Для воспроизведения такого же окрашенного светового луча нужно соответствующим образом дозировать интенсивность трех белых фонарей, прикрытых идентичными описанными ранее цветными фильтрами, и наложить полученные цветные пятна друг на друга на белом экране.
Следовательно, можно сказать, что при трехцветном способе воспроизведения цветного изображения каждый цвет определяется тем, сколько в нем содержится красного, зеленого и синего, т. е. группой из трех чисел. Математики назвали бы эти три числа координатами и сказали бы, что цвета образуют трехмерное пространство.