Файл: Кривошеев М.И. Световые измерения в телевидении.pdf

3.5. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛОРИМЕТРЫ

Фотоэлектрический колориметр представляет собой цветоанализирующее устройство, аналогичное по принципу действия передаю­ щей телевизионной камере цветного телевидения. При помощи фо­ тоэлектрического колориметра измеряют значения трех цветовых координат цвета в некоторой цветовой координатной системе. Для этого колориметр имеет в общем случае три канала, в которых реализуются кривые спектральной чувствительности, совпадающие с кривыми сложения цветовой координатной системы, выбранной для колориметра, например, системы МКО XYZ.

В качестве светоэлектрических преобразователей в колоримет­ рах применяются фотоэлементы, ФЭУ или фотодиоды. Все сооб­ ражения о применимости этих преобразователей в яркомерах (см. разд. 2.4) справедливы и в отношении колориметров, так «ак .по­ следние фактически представляют собой совокупности из трех при­ боров, подобных яркомерам.

В колориметрах, предназначенных для измерения цвета доста­ точно малых участков изображения или объекта, применяются в основном ФЭУ [36, 37].

Использование фотоэлементов в этом случае возможно благода­ ря применению высокочувствительных измерительных приборов. Так, например, при применении селенового фотоэлемента требуе­ мая высокая чувствительность (возможность измерения на экране кинескопа участка с диаметром 6 мм при яркости экрана 3 кд/м2 ) обеспечивается благодаря использованию гальванометра со свето­ вой шкалой ![38].

анализ цвета тремя анализирующими функциями фотоэлектричес­ кого колориметра может осуществляться одновременно или пооче­ редно.

Схема устройства колориметра одновременного действия пока­ зана на рис. 3.5а. Три канала колориметра предназначены для нз-

ФЭУ ® = 0

Рис. 3.5. Схемы устройства фотоэлектрических колориметров: а) одновременного действия; б) поочередного действия

мерения трех цветовых координат, например, X, Y и Z, как показа­ но на рис. 3.5а. Свет от измеряемого цветного участка, выделяемый при помощи объектива О и диафрагмы Д, разделяется зеркалами 3 на три канала. В каждом канале имеется формирующий свето­ фильтр С, фотоэлектрический умножитель (ФЭУ) или фотоэлемент и гальванометр. Формирующий светофильтр обеспечивает совпа­ дение общей спектральной характеристики чувствительности дан­ ного канала, определяемой спектральной чувствительностью ФЭУ совместно со спектральным пропусканием оптики и этого свето­ фильтра,' с одной из кривых сложения X, Y, Z. Потенциометры па

-68 —

выходах ФЭУслужат для установления цветового баланса коло­ риметра, т. е. для установления равенства показаний трех прибо­ ров на исходной цветности цветовой системы колориметра.

Бели їв качестве -одной из кривых сложения в колориметре реа­ лизована кривая МКО Y, как это показано на рис. 3.5а, то при со­ ответствующей градуировке У-канал колориметра может использо­ ваться в качестве яркомера.

В фотоэлектрическом колориметре одновременного действия можно предусмотреть возможность измерения непосредственно ко­ ординат цветности. Для достижения этого возможны два пути. Вопервых, к колориметру можно добавить сумматор и два делитель­ ных устройства. В сумматоре складываются три цветовые коорди­ наты, давая величину T = X + Y+Z, а в делителях выполняется де­ ление координат X и Y на эту величину. Приборы на выходе дели­ телей при соответствующей градуировке будут показывать значе­ ния .непосредственно координат цветности х 'и у. Прибор, включен­ ный в канал Y до сумматора, будет показывать величину яркости.

Во-вторых, при помощи обратной связи можно обеспечить, что­ бы выходной сигнал сумматора цветовых координат поддержи­ вался всегда равным единице, например, при регулировке общего светового потока переменным диафрагмированием ![40] или при ре­ гулировке напряжения на ФЭУ [41]. В этом случае, цветовые ко­ ординаты, измеряемые приборами в трех каналах, будут равны ко­ ординатам цветности. Здесь достаточно двух приборов, так как нужно определить только две координаты цветности. Яркость, од­ нако, в таком колориметре не может быть измерена.

Колориметр может быть снабжен устройством, позволяющим непосредственно наносить точку измеренной цветности на график цветностей [39].

В колориметре поочередного действия имеются ФЭУ, гальвано­ метр и сменные формирующие светофильтры (рис. 3.56").

Три цветовые координаты измеряются поочередно при установ­ ке на пути светового потока соответствующих светофильтров. По принципу действия такой колориметр аналогичен однотрубочной цветовой камере с диском со светофильтрами, применяемой в си­ стеме цветного телевидения со сменой цветов по

Колориметры поочередного действия проще по конструкции и могут быть выполнены в виде портативных переносных приборов [37]. Колориметры одновременного действия, однако, позволяют со­ кратить время измерения и особенно удобны при измерениях цвета на экране кинескопа, где стабильность яркости свечения часто бы­ вает недостаточной. В этом случае при измерениях колориметром поочередного действия точность будет ниже, так как за время по­ следовательного измерения с тремя каналами яркость экрана мо­ жет измениться.

В колориметрах одновременного действия перед каждым изме­ рением требуется установление цветового баланса, чтобы скомпен-

— 69 —

сировать возможные изменения чувствительности трех фотоэлемен­ тов. В колориметрах поочередного действия изменение чувствитель­ ности фотоэлемента может сказаться лишь на точности измерений абсолютных значении цветовых координат (яркости) и не скажет­ ся на результатах измерений координат цветности, определение ко­ торых является целью большинства измерений с колориметрами. Большинство телевизионных колориметров построено по поочеред­ ному принципу, по в некоторых из них используется н одновремен­ ный принцип действия [41, 42].

Достаточно сложной задачей является реализация выбранных спектральных характеристик чувствительности колориметра. По­ скольку спектральные характеристики чувствительности применяе­ мых в колориметрах светоэлектрических преобразователей не сов­ падают с требуемыми кривыми, то подгонка общей спектральной чувствительности каждого канала под требуемую форму выполня­ ется при помощи специальных светофильтров. Светофильтры под­

спектральной чувствительности одного канала колориметра с по­ мощью одного светофильтра. Часто приходится прибегать к комби­ нированию нескольких светофильтров, которые можно при этом соединять последовательно или параллельно (см. разд. 1.4). При использовании параллельного соединения светофильтров проще по­ лучить сложные спектральные характеристики пропускания, на­ пример, двугорбые, что нужно в случае реализации кривой X. Па­ раллельное соединение светофильтров удобнее выполнять при больщей рабочей поверхности фотоэлемента. Но применение параллель­ ного соединения требует более сложного оптического устройства для обеспечения равномерного распределения света по всей пло­ щади, занятой светофильтрами.

Трудностей, связанных с использованием параллельного соеди­ нения светофильтров, часто избегают путем увеличения числа ка­ налов в колориметрах при применении нескольких отдельных ка­ налов для реализации одной кривой спектральной чувствительно­ сти. Увеличение числа каналов приводит, правда, к усложнению процесса измерения в приборе одновременного действия, а также конструкции прибора и к еще большему удлинению времени изме­ рения в приборе поочередного действия.

Дополнительные каналы колориметра могут служить как для реализации вторых ветвей двугорбых кривых сложения, например, кривой X МКО, так и для обеспечения более точного приближения к форме одногорбых кривых [38, 43].

Заметам, что для реализации побочной коротковолновой ветви кривой X иногда используют подобие вида этой ветви и кривой Z (см. рис. 1.96). К показанию прибора в канале X, где. реализована основная длинноволновая ветвь кривой X, добавляется в этом слу-

— 70 —

чае взятое с соответствующим множителем показание прибора в канале 2.

В случае реализации одногорбых кривых сложения путем уве­ личения числа каналов колориметра светофильтр в основном кана­ ле обеспечивает приближенное совпадение спектральной характе­ ристики чувствительности этого канала с требуемой кривой, а раз­ личие между этими кривыми компенсируется при помощи свето­ фильтра (или нескольких) в дополнительном канале. Корректирую­ щая кривая в дополнительном канале реализуется с максимально возможным пропусканием, и показания дополнительного канала, взятые с соответствующим множителем, прибавляются к показа­ ниям основного канала или вычитаются из них.

Так, например, в колориметре [43] кривые сложения X, Y, Z реализуются в пяти каналах, из которых три (основные) исполь­ зуются для реализации кривых Y, Z и главной ветви кривой X, а два (дополнительные) — для коррекции неточностей формирова­ ния этих трех кривых. При этом один дополнительный канал уда-' лось использовать для коррекции как кривой Z, так и кривой Y

в студии) часто бывает более важно определить не точные коорди­ наты цветов, а то, как эти цвета будут восприниматься передаю­ щей камерой. Эта необходимость обусловлена тем, что обычно цветоанализ в телевидении не выполняется колориметрически верно. Дело в том, что в качестве спектральных характеристик чувстви­ тельности в камерах обычно приближенно реализуются главные положительные ветви кривых сложения цветовой системы приемни­ ка. Поэтому и в измерительном приборе, предназначенном для вы­ шеуказанной цели, целесообразно реализовать такие же спектраль­ ные характеристики чувствительности светоэлектрического преоб­ разования. Погрешности измерения цвета будут при этом теми же, что и 'Погрешности воспроизведения цвета три .использовании дан­ ной камеры (в предположении отсутствия других искажений в тракте после камеры).

Прибор такого вида разработан применительно к трехтрубочной камере на плюмбикоиах. Это портативный переносный прибор одновременного действия с тремя фотодиодами, но с одним изме­ рительным прибором. Снятие трех показаний осуществляется по­ очередно [44].

— 71 —