彩色电视基础

彩色电视基础

根据人眼的彩色视觉特性，在彩色重现过程中重要的是获得与原景物相同的彩色感觉，而并不要求还原原景物的光谱。彩色电视系统是按照三基色的原理设计和工作的。三基色原理指出，任何一种彩色都可由另外的三种彩色按不同的比例混合而成。这意味着，如果选定了三种标准基色，则任何一种彩色可以用合成它所需的三种基色的数量来表示。彩色电视系统正是基于人眼机能和三基色原理，设计出了彩色摄像机和显示器。

图07-03-1示意了用彩色摄像机摄取景物时，如何把自然景物的彩色分解为R、G、B分量，以及如何重显自然景物彩色的过程。

图07-03-1  彩色图像重现过程

在通常的彩色电视摄像机中，利用三个摄像管分别拾取景物光学图像中的红、绿、蓝分量来模仿人眼中的三种锥状细胞，形成彩色电视信号中的红、绿、蓝三个基色分量。加性混色法则构成了CRT显示器彩色显示的基本原理。在彩色荧光屏的内表面涂有大量的、由红绿蓝三种颜色为一组组成的荧光粉点。荧光粉是一种受电子轰击后会发光的化合物，其发光强度取决于电子束的强度。图像重现时，将接收到的彩色电视信号中的红、绿、蓝分量分别控制三个电子枪轰击相应颜色的荧光粉点，由于荧光粉点很小，在一定距离观看时三基色的发光经过人眼的混合作用，使我们看到均匀的混合色。

在彩色电视发展的初期，由于已经存在了相当数量的黑白电视机和黑白电视台，为了保护消费者和电视台的利益并扩大彩色电视节目的收视率，要求彩色电视系统的设计必须考虑与已有黑白电视的兼容。为此，在彩色电视系统中不是传送彩色电视信号中的红、绿、蓝三个基色分量，而是传送一个亮度分量和二个色差分量。在发送端，亮度分量和色差分量通过对红、绿、蓝三个基色分量的矩阵变换得到；接收端再通过矩阵逆变换还原成三个基色分量显示。当黑白电视机接收到彩色电视信号时，它只利用其亮度分量实现黑白图像显示；而彩色电视机接收黑白电视信号时，它将黑白电视信号当作其亮度信号同样实现黑白图像显示，进而实现彩色电视与黑白电视的上下兼容。在彩色电视中由三种基色R、G、B构成亮度信号的比例关系如下：

  Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

该式即为电视系统的亮度方程。至于二个色差信号，则是分别传送红基色分量和蓝基色分量与亮度分量的差值信号，即U 和V。

  U = k1(B – Y)

  V = k2(R – Y)

k1，k2为加权系数。

这样对于黑白图像有：R = G = B ，则 U = 0 ， V = 0。

对于彩色图像： 代表了图像的饱和度，U/V代表了图像的色调。

从数据压缩的角度来看，我们也希望传送的是Y、U、V而不是R、G、B，因为Y、U、V之间是解除了一定相关性的三个量。电视系统中的一个重大问题就是如何用一个通道来传送上述三个信号Y、U、V。对于这三个信号的不同合成方式则形成了PAL制、NTSC制和SECAM制三大不同的彩电制式。这三种制式之间的不同之处在于对色度信号传送所采取的不同处理方式。