将C白的色坐标
代入式(2.4-4)得
0.9810[X]+1[Y]+1.1835[Z]= (2.4-5)
令式(2.4-3)和式(2.4-5)对应相等,并将、、的色坐标(见表2-5)代入式(2.4-3),可以求得
=0.9060,=0.8286,=1.4320
所以,式(2.4-2)可用下列矩阵表示
(2.4-6a)
(2.4-6b)
由逆矩阵运算可得
(2.4-7a)
(2.4-7b)
三、不同计色制的转换与亮度方程
在电视RGB计色制中,可以用显象管三基色以任意比例配出某彩色光。其配色方程为
=+[+ (2.4-8)
对于同一彩色光,也可用XYZ计色制的配色方程表示
=X[X]+Y[Y]+Z[Z] (2.4-9)
类似物理RGB制和XYZ制的转换关系,可以求出电视RGB制和XYZ制三色系数的转换关系。
(2.4-10a)
(2.4-10b)
(2.4-11a)
(2.4-11b)
在式(2.4-6)、式(2.4-7)、式(2.4-10)和式(2.4-11)中、[B]、和互为逆矩阵,而和[B]、和互为转置矩阵。这四个矩阵知其一,可求其三。以上转换关系与式(2.2-26)、式(2.2-27)、式(2.2-29)、式(2.2-30)描述的物理RGB制和XYZ制的转换关系完全相似。
综上所述,所有不同计色制都可以相互转换,但是一般都与XYZ制进行转换,以便统一分析比较。假设有任一计色制,例如RGB计色制,它需要同XYZ制进行转换,两者必存在下列关系:
= (2.4-12a)
=[A] (2.4-12b)
= (2.4-12c)
(2.4-12d)
式中,[A]、、、四个矩阵中存在互逆和互为转置矩阵的关系,若知其一,可求其在一,由于分布色系数是三色系数的特例,所以式(2.4-12c、d)对分布色系数也成立,即
= (2.4-13a)
= (2.4-13b)
从式(2.4-11)中,可以异出非常有实用价值的亮度方程。
Y=0.299+0.587+0.114 (2.4-14)
上述亮度方程表明了电视RGB制中,任一彩色光的在一色系数与其亮度之间的关系。利用这个方程,可进行亮度计算和基色信号的变换,这一点将在第三章中讲授。这个公式是在NTSC制中规定1[R]+1[G]+1[B]=的条件下导出来的。
四、适用于PAL制的电视RGB计色制
前面所讲的不同制式的转换关系在色度学中是普遍适用的。当显象三基色和基准白的色度坐标确定后,再附加
1+1[+1=(1光瓦)
的条件,式(2.4-12)中矩阵的系数就可求出来,即可确定电视RGB制和XYZ制的相互转换关系。
前面是采用NTSC制显象三基色和C白色度坐标来建立电视RGB计色制的,因此它的具体数据适用于NTSC制彩色电视的色度计算。对于PAL制,应当选用PAL制显象三基色和白光色度坐标,并假定显象三基色各有一个单位能配成1光瓦白光,即
1+1[+1=(1光瓦) (2.4-15)
由此可导出适当于PAL制的电视RGB计色制与XYZ制的相互转换关系:
(2.4-16a)
(2.4-16b)
(2.4-17a)
(2.4-17b)
由式(2.4-17)可得到适用于PAL制的亮度方程
Y=0.222+0.707+0.071 (2.4-18)
它的物理意义及作用与NTSC制的亮度方程(见式2.4-14)完全相同,但是它的导出条件(见式2.4-15)与NTSC制亮度方程的导出条件是不相同的。
由于NTSC制彩色电视系统比PAL制早十几年,所以PAL制并没有采用(2.4-18)的理论亮度方程,仍然习惯地沿用NTSC制的亮度方程。这样做,虽然有一定的误差,但是主要特性仍能满足视觉对亮度的要求,所以,人们就一直沿用下来了。
2.4.2 彩色的正确重现
彩色电视的实现基于彩色的分解与合成,2.4.1节又介绍了电视RGB计色制。有了这两方面的知识,就可以讨论彩色电视系统究竟需要满足什么条件,才能实现彩色的正确重现(即重现图象的颜色与原景物的颜色一致)。
彩色显象管是采用空间混色,它重现的彩色光可用显象三基色表示:
=+[+ (2.4-19)
现有任一景物的彩色光为,它的功率谱为P(l ),若要显象管重现的彩色和景物色光完全相同,则在电视RGB制中的三色系数应满足:
(2.4-20)
上式中,、、为电视RGB计色制中的分布色系数,即配出一瓦任意谱色光所需要的显象三基色的数值。它们可由XYZ制的分布色系数求出。NTSC制和PAL制分别按式(2.4-10)和式(2.4-16)计算,从而得到两种制式的混色曲线分别如图2.4-3(a)和(b)所示。
为了使问题简化,假设显象管三条电子束的束流正比于三个控制电压(即视频图象信号),而荧光粉辐射光的强弱也正比于束流的大小,因此,要使重现色光,则显象管的三个控制电压应分别为、、。进一步假设传输通道也是线性的,并且放大倍数等于1。所以三支摄象管的输出电压、和应满足关系
,, (2.4-21)
时,才能实现彩色的正确重现。
从摄象机看,假如红、绿、蓝三支摄象管的光谱响应特性分别为、和,则三支摄象管对功率谱的P(l )的景物而言,它们的输出电压分别为
(2.4-22)
在式(2.4-20)和式(2.4-22)中,若要使彩色正确重现,对于任意功率谱P(l ),都要求满足,,的条件,故必须要求
=,=,= (2.4-23)
上式说明,在线性电视系统中,只有当摄象管的光谱响应曲线与显象管的混色曲线相匹配时,才能实现彩色的正确重现。
实际的电视系统是非线性的,一般摄象管g=1,显象管g =2.2~ 2.8,在摄象管后增加g 校正电路来补偿显象管的g 失真,在这种情况下,上述结论也是成立的。
若用PAL制摄象机摄象,而用NTSC制的显象管显象,则重现图象的彩色必然存在着误差,此时,必须采用校色矩阵电路来消除彩色失真。
在图2.4-3中,显象管的混色曲线存在着负值,若要实现彩色的正确重现,则摄象机的光谱响应曲线也应存在负值;然而,从镜头直到摄象管总的光谱响应曲线只有正值,不可能出现负值。为此,必须采用各种方法对摄象机的光谱响应曲线进行校正,使其显象管的混色曲线相匹配,这种处理称为彩色校正。