телевидение экзамен. Вопрос 5 Природа излучений и источники света (свет, абсолютно черное тело, цветовая температура)

• Название: Вопрос 5 Природа излучений и источники света (свет, абсолютно черное тело, цветовая температура)
• Анкор: телевидение экзамен
• Дата: 11.03.2022
• Размер: 390.45 Kb.
• Имя файла: 5,11,12,17,18.docx
• Тип: Документы; #392096

5,11,12,17,18

Вопрос 5

Природа излучений и источники света (свет, абсолютно черное тело, цветовая температура)

Свет – это видимая область электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм. Именно в этом диапазоне оптическое излучение способно возбуждать сетчатку глаза человека и создавать зрительный образ.
Тело, которое поглощает всю падающую на него лучистую энергию, называют абсолютно черным телом.


Абсолютно чёрных тел в природе не существует поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет собой непрозрачную замкнутую полость с небольшим отверстием, стенки которой имеют одинаковую температуру. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение. Поскольку излучение, испущенное внутренними стенками полости, прежде чем выйдет (ведь отверстие очень мало), претерпит огромное количество новых поглощений и излучений, то можно сказать, что излучение внутри полости находится в термодинамическом равновесии со стенками. (На самом деле, отверстие для этой модели вообще не важно, оно нужно только чтобы подчеркнуть принципиальную наблюдаемость излучения, находящегося внутри; отверстие можно, например, совсем закрыть, и быстро приоткрыть только тогда, когда равновесие уже установилось и проводится измерение).

Качественная характеристика излучения источника света определяется его цветовой температурой.
Цветовая температура  — это температура абсолютно черного тела, при которой оно излучает тот же цвет, что и рассматриваемое излучение. Когда черная поверхность «нагревается», излучаемый свет меняет цвет.

При дальнейшем нагревании поверхности излучаемый цвет меняется с красного, желтого и, в конечном итоге, на белый («горячий белый»), а затем синий. ЦТ показывает, какую длину волны излучает источник света.

Цветовая температура измеряется по шкале Кельвина. Абсолютный черный – 0 Кельвин. Оттенки красного колеблются от 1000 до 3000 К, желтые – от 3000 до 5000 К, белые – от 5000 до 7000 К, а синие – от 7 000 до 10000 К. Цвета ниже белого называются «теплыми», а цвета выше белого – прохладными.

Вопрос 11

Колориметрическая система RGB

RGB ― это цветовое пространство, здесь каждый цвет задаётся в виде трёх координат. Смешение цвета происходит по аддитивному принципу ― если сложить все три основных цвета, то результат будет белым. Поэтому RGB используется в системах, построенных на излучении света, что делает её самой распространённой ― с ней работают все экраны.

Цветовой оттенок в RGB создаётся смешиванием красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue) каналов с разной интенсивностью излучения.

λR = 700 нм;

λG = 546,1 нм;

λB = 435,8 нм.

Любой цвет в системе RGB определяется выражением

f′ F = r′ R + g′ G + в′ В

где RGB - обозначения выбранных основных цветов,

а r′, g′, в′ - их количества, т.е. координаты цвета.
Экспериментально установлено, что для получения цветового ощущения белого от равноэнергетического излучения необходимо к единице цвета R прибавить 4,5907 единицы цвета G и 0,0601 единицы цвета В.

r′E LR : g′E LG : b′E LB = 1:4,5907:0,0601
Координаты цвета r′, g′, b′ любого сложного излучения могут быть определены, если известен спектральный состав этого излучения Р_(λ):



Отрицательные участки ординат кривых смешения показывают, что в цветовом уравнении

f′ F = r′ R + g′ G + b′ B

величины r′, g′, b′ для чистых спектральных цветов имеют отрицательные значения.

Колориметрическая система RGB удобна для проведения экспериментальных исследований, т.к. ее основные цвета являются реальными, физически существующими цветами.
Однако наличие в кривых смешения RGB положительных и отрицательных ветвей значительно затрудняет их реализацию при создании цветоизмерительных приборов-колориметров. Вторым недостатком системы RGB является необходимость расчета всех трех

компонентов цвета при определении его яркости:

L = 683 (L_R R + L_G G + L_B B)

где R, G, B – координаты цвета;

L_R, L_G, L_B – яркостные коэффициенты основных цветов системы RGB.
Вопрос 12

Колориметрическая система XYZ

В основу построения системы XYZ

были положены следующие условия:

1 Кривые смешения не должны иметь отрицательных ординат

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

3 Координаты белого цвета равно-энергетического излучения должны быть равными
Колориметрическая система XYZ - математическая модель, с помощью которой можно представить цвет в виде коэффициентов базовых цветов, а также хранить информацию о цвете и обработке цветов в дискретном виде
Для обеспечения первого требования в качестве основных цветов были выбраны три теоретических (реально не воспроизводимых цветаXYZ).

Координатная система XYZвыбрана так, чтобы векторы основных цветов находились в цветовом пространстве вне тела цветов.

Кривая y (  ) тождественна кривой стандартной относительной видимости глаза V(λ). Две другие кривые x (  ) и z() получены в результате уельных координат

системы RGB в координатную систему XYZ.



Геометрическое место координат цветности чистых спектральных цветов представляет собой кривую, лежащую на единичной плоскости и именуемую спектральным локусом. Прямолинейный участок, замыкающий эту кривую в точках B и R, представляет цветности пурпурных цветов.



Анализируя цветовой график МКО, необходимо отметить следующее:

1) Координаты цветности всех реальных цветов находятся внутри спектрального локуса и определяются положительными значениями x и y.

2) Равноэнергетический белый цвет Е находится в центре тяжести треугольника XOY. Его координаты цветности будут: х = 1/3; у = 1/3.

3) Дополнительные цвета лежат на отрезке прямой, проходящей через точку Е с кривой спектральных цветов. Дополнительным к данному цвету является цвет, дополняющий данный до белого.

4) Цветность смеси двух цветов отображается точкой, лежащей на прямой, соединяющей смешиваемые цвета.

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

Вопрос 17

Система ЦТ NTSC (общие принципы, основные особенности, эксплуатационные характеристики)
NTSC-Это одновременная совместимая система цветного ТВ, в которой передается яркостной сигнал и расположенная в пределах его спектра поднесущая, квадратурно модулированная двумя цветоразностными сигналами.

Общие принципы системы:

В качестве сигналов в системе NTSC передаются яркостный и два цветоразностных сигнала. Передача цветоразностных сигналов осуществляется в спектре яркостного на одной цветовой поднесущей частоте f_S

Спектр сигнала изображения системы NTSC

Незаполненные участки спектра используются для передачи сигнала цветности. Реализуется принцип перемежения частотных спектров. Сигналы яркости и цветности занимают одну и ту же общую полосу и при этом в определённых пределах не интерферируют друг с другом.

Напряжение поднесущей частоты, промодулированное цветораз­ностными сигналами, называется сигналом цветности. Сумма сигналов яркости Е_у и сигнала цветности U_S образует полный цветовой сигнал U_п. Для того, чтобы модулировать двумя цветоразностными сигналами одну поднесущую частоту, применён метод квадратурной амплитудной модуляции. Сущность его заключается в суммировании двух напряжений поднесущей частоты  , промодулированных каждым из цветоразностных сигналов, в отдельных амплитудных модуляторах. Поднесущая частота на модуляторы поступает в квадратуре, т.е. с фазовым сдвигом 90°. Полученный в результате сложения сигнал цветности оказывается промодулированным не только по амплитуде, но и по фазе.

В системе NTSC используются не обычные амплитудные модуляторы, а балансные, которые, подавляя саму поднесущую, оставляют только боковые составляющие спектра. Балансная модуляция имеет определённые преимущества перед обычной амплитудной модуляцией .При одном и том же по сравнению с обычной модуляцией размахе модулирующих сигналов балансная модуляция формирует, как минимум, в два раза меньший по амплитуде сигнал цветности, что снижает её заметность на экране чёрно-белого телевизора, для которого сигнал цветности следует рассматривать как помеху. Таким образом, улучшается совместимость систем чёрно-белого и цветного телевидения. В свою очередь, качество совместимости ещё больше повышается при передаче неокрашенных или слабо окрашенных деталей изображения. В этих случаях цветоразностные (модулирующие) сигналы равны нулю или невелики по амплитуде и на выходе балансных модуляторов сигнал также устремляется к нулю.

основные особенности:

- хорошее использование канала передачи (большой объём передаваемой информации при высокой помехозащищённости);

- высокое качество цветного изображения при отсутствии в передающем тракте недопустимых искажений (в частности, высокая цветовая чёткость по горизонтали и вертикали);

- отсутствие в изображении на экранах приёмников цветного и чёрно-белого телевидения муаров и мерцаний яркости при движении объекта передачи;

- хорошая совместимость (малая заметность помех от сигнала цветности);

- правильность и простота формы сигнала цветности при передаче испытательного сигнала цветных полос, что облегчает контроль работы аппаратуры и её настройку;

- высокая помехозащищённость видеосигналов цветности в приёмнике от флуктуационных шумов. При этом заметность на цветном изображении шумов возрастает при уменьшении отношения сигнал/шум плавно, и шумы на изображении имеют структуру, близкую к таковой на чёрно-белом телевидении, хотя крупноструктурные шумы несколько более заметны за счёт шумов из канала сигнала цветности;

- высокая помехозащищённость схемы цветовой синхронизации от флуктуационных шумов;

- простота микширования полных видеосигналов U_П= +U_ЦВ от различных камер, ничем не отличающегося от микширования сигналов в чёрно-белом телевидении.

У системы NTSC имеются следующие недостатки, из-за которых она не была принята в качестве стандарта в Европе для развёртки на 625 строк:

- требования к отсутствию искажений амплитуды и фазы сигнала цветности на поднесущей частоте и к неискажённой передаче необходимой полосы частот являются очень жёсткими, и выполнение их при создании и эксплуатации аппаратуры, а также каналов связи, связано со значительными трудностями;

- при многолучевом приёме (например, в горных условиях) и при наличии отражённых сигналов возникают искажения амплитуды и фазы сигнала цветности, снижающие качество цветного изображения;

- при записи полного сигнала U_П на магнитную ленту и его воспроизведении необходимо обеспечить строгое постоянство скорости движения магнитной ленты относительно магнитных головок, что особенно важно при многократной перезаписи. Для выполнения этого требования видеомагнитофон должен иметь высококачественные механизмы и специальные блоки для электрической коррекции непостоянства скоростей механизмов.

Эксплуатационные характеристики:

-хорошая совместимость

-возможность эффективного разделения сигналов яркости и цветности

-высокая помехоустойчивость канала цветности к помехам

-эффективное использование канала передач

-простота микширования полных видеосигналов

-относительная простота приемных устройств

Вопрос 18

Система ЦТ PAL (общие принципы, основные особенности, эксплуатационные характеристики)
Общие принципы системы

Используются те же сигналы, что и в NTSC, передача этих сигналов производится также путем квадратурной амплитудной балансной модуляции поднесущей частоты, расположенной в спектре яркостного сигнала. Отличие в том, что фаза одной из квадратурных составляющих сигнала цветности меняется от строки к строке на 180. Это позволило устранить основные недостатки системы NTSC - чувствительность к дифференциально-фазовым искажениям.



При рассмотрении системы NTSC отмечалось, что для получения компенсации сигналов цветности на ч-б ТВ частота поднесущей должна быть (2п+1)f_стр/2. Для системы PAL это неприемлемо, т.к. добавочный поворот фазы еще на 180⁰ в сумме даст 360⁰, т.е. устранит компенсацию поднесущей. Эксперименты показали, что в системе PAL поднесущая наименее заметна, если она имеет сдвиг относительно 284 гармоники f_стр на ¼ + 25 Гц.

Основные особенности системы PAL:

Сигналы Е_R-Y и Е_B-Yмодулируют поднесущую частоту методом квадратурной модуляции. Однако фаза поднесущей, предназначенной для передачи сигнала Е_R-Y, меняется от строки к строке на 180°. В приемнике при помощи линии задержки с τ_зад = 64 мкс осуществляется запоминание сигналов цветности на время передачи одной строки, а затем оба сигнала складываются. При этом предполагается, что сигналы двух соседних строк практически не отличаются друг от друга. Векторы, изображающие сигналы Е_(R-Y)1 и Е_(R-Y)2, равны и направлены в противоположные стороны. В результате сложения происходит их взаимная компенсация.



Эксплуатационные характеристики:

Достоинства системы PAL те же, что и у NTSC:

-         хорошая совместимость c черно-белым ТВ

-         эффективность разделения сигналов яркости и цветности,

-         высокая помехоустойчивость к флуктуационным помехам,         

плюс дополнительные:

-         малая чувствительность к фазовым искажениям сигнала цветности (до 400),

-         возможность работы с частично подавленной верхней боковой полосой обеих квадратурных составляющих сигнала цветности, что очень важно, т.к. у большинства стран полоса ТВ сигнала 5,5 МГц;

-         более эффективное подавление составляющих яркостного сигнала, что уменьшает перекрестные помехи в канале цветности, т.к. блок задержки по структуре и параметрам близок к гребенчатому фильтру;

-         нет мерцания границ из-за задержки на строку, как в SECAM, т.к. цветности двух соседних строк усредняются.

 

К недостаткам PAL можно отнести несколько большую сложность приемника по сравнению с NTSC – ЛЗ, и уменьшение цветовой четкости по вертикали за счет усреднения информации 2 соседних строк.