RU2115264C1

RU2115264C1 - Способ создания точек цветного телевизионного изображения и система для его осуществления

Info

Publication number: RU2115264C1
Application number: RU94006803A
Authority: RU
Inventors: Детер Христхард; Леффлер Дирк
Original assignee: ЛДТ ГмбХ & Ко. Лейзер-Дисплей-Технологи КГ
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1998-07-10
Also published as: CZ285006B6; IL108656A; CN1101197A; IL108656A0; TR27696A; SK280667B6; PL172796B1; CA2115728C; AU5500394A; CN1043113C; FI941018A0; US5440352A; PL302443A1; AU669247B2; JP3004524B2; CZ39494A3; HU212690B; BR9400550A; CA2115728A1; JPH0775117A

Abstract

В системе проекционного телевидения для создания точек телевизионного изображения используют не менее трех световых источников управляемой интенсивности для создания световых сигналов (R', G' ,В' ) различной длины волны, причем цветовой тон каждой точки изображения задан сигналами основных цветов (R, G, В) в первой базовой системе, которую можно представить на диаграмме цветности МКО угловыми точками цветового диапазона, определяемыми длинами волн люминофоров кинескопа. Длины волн этих световых сигналов определяют вторую базовую систему, имеющую с первой общий цветовой диапазон. Предусмотрены входная схема, содержащая три световых источника 10 для генерирования не менее чем трех электрических сигналов, пропорциональных сигналам основных цветов (R, G, В) или содержащих их в смеси, и блок управления световыми источниками, управляемый сигналами с входной схемы и содержащий схему, с помощью которой каждый цветовой тон преобразуется из первой во вторую базовую систему посредством матрицы. При этом самая короткая длина волны световых источников составляет 470 нм или меньше, а другие длины волн световых источников выбраны так, чтобы общий световой диапазон содержал по меньшей мере угловые точки цветового диапазона первой базовой системы, длина волны которых превышает самую короткую длину волны, задаваемую люминофорами кинескопа. При этом схема выполнена так, чтобы цветовой тон точки изображения в пределах общего цветового диапазона был одинаков с цветовым тоном, задаваемым сигналами основных цветов. Техническим результатом является уменьшение искажений цветового тона. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к способу генерирования точек цветного телевизионного изображения, высвечиваемых световыми сигналами с различной длиной волны, цветовые тона которых определяются видеосигналами основного цвета в первой базовой системе, представленной на диаграмме цветности МКО угловыми точками цветового диапазона, задаваемыми длиной волны люминофора, причем длинами волн световых сигналов определяется вторая базовая система, отличающаяся от первой и имеющая с первой общий диапазон цветового тона, а световые сигналы генерируются не менее чем из трех сигналов, представляющих собой видеосигналы основного цвета или содержащих такие сигналы, матричным преобразованием первой базовой системы во вторую.

Изобретение относится также к системе проекционного телевидения, позволяющей генерировать точки цветного телевизионного изображения с помощью не менее чем трех источников света, регулируемых по силе света, для создания световых сигналов различной длины волны, причем цветовой тон каждой точки изображения определяется видеосигналами основного цвета в первой базовой системе, представленной на диаграмме цветности МКО угловыми точками цветового диапазона, задаваемыми длиной волны люминофора, а длины волн световых сигналов определяют вторую базовую систему, отличающуюся от первой и имеющую с первой общий диапазон цветового тона, с входным каскадом для генерирования не менее трех электрических сигналов, пропорциональных сигналам основного цвета или содержащих эти сигналы в смеси, а также с регулятором источников света, управляемым сигналами входного каскада, причем этот регулятор содержит схему, с помощью которой каждый цветовой тон преобразуется с первой на вторую базовую систему посредством матрицы, особенно для осуществления вышеописанного способа.

Система проекционного телевидения, использующая такой способ, была описана в статье Y.Yamada, M.Yamamoto, S.Nomura "Large Screen Laser Color TV Projector", "Proceedings of 6th International Quantum Electronics Conference", 1970. B качестве источников света в такой системе применяются три лазера разных цветов, модулируемые с помощью ДПКП-кристаллов и объединенные с системой дихроичных зеркал для создания единого светового луча. Этот луч проецируется на экран через отклоняющую систему. Отклоняющее устройство при этом развертывает световой луч в соответствии с частотой кадров и строк с образованием на экране цветного телевизионного изображения.

Однако при такой проекции изображения имеется существенное отличие от цветных изображений, создаваемых на экране кинескопа обычного цветного телевизионного приемника. Эти кинескопы образуют цвета с помощью люминофоров, излучающих в сравнительно широкой полосе спектра, в то время как лазерные источники создают монохроматический свет. Телевизионные камеры рассчитаны на правильную цветопередачу в системе обычного телевидения по своей цветовой чувствительности, в то время как проекция с помощью лазерной системы приводит к существенному искажению цветового тона. Такие искажения образуются и из-за того, что источники лазерного света существуют не для всех желательных длин волн, так что даже при тщательном выборе лазеров не удается воспроизвести все необходимые цветовые тона.

В упомянутой статье Y.Yamada et al. описана система проекционного телевидения, в которой видеоизображение создается тремя лазерами с длинами волн 488, 514 и 647 нм. Цвета лазеров, таким образом, не соответствуют цветам сигнала в системе NTSC, поэтому авторы предложили корректировать создаваемые лазерами цветовые тона с помощью матричной схемы в цветовые тона, соответствующие стандарту NTSC. Однако такая корректировка возможна лишь в узких пределах.

В книге H. Lang "Farbmetrik und Farbfernsehen", R. Oldenburg Verlag, Munchen/Wien, 1978 описано, как путем матричных операций можно преобразовать цветовые тона одной базовой системы в тона другой базовой системы. В качестве предпосылок возможности такого преобразования указаны, в основном, наличие базовых систем и компонент цветовых тонов и возможность представить их в виде векторов в координатах X, Y, Z. Необходимо указать на возможность затруднений при передаче спектральных цветов, когда некоторые компоненты в векторном пространстве имеют отрицательные значения, а отрицательные цветовые компоненты не имеют физического смысла. Поэтому при появлении отрицательных компонент вектор цветового тона нельзя подвергнуть преобразованию, не дополнив его до получения положительного вектора.

Для наиболее совершенного приведения цветов лазера в соответствие цветам люминофоров экрана кинескопа можно использовать лазеры на красителях, с помощью которых можно сдвинуть длины волн света, производимого лазером, и сделать их цветовой тон одинаковым с тоном люминофора. Однако такие лазеры на красителях имеют всегда низкий КПД, так что при такой технологии мощность выходного излучения лазера резко снижается. Создание повышенной мощности чрезвычайно удорожает систему, причем существенного повышения мощности нельзя достичь даже сверхзатратами (Fernseh - und Kinotechnic. 1974, N 6, с. 169. Другой недостаток лазеров на красителях состоит в том, что активируемые лазерным излучением вещества токсичны, что создает большую проблему обращения с ними прежде всего потому, что долговечность выпускаемых лазеров на красителях крайне ограничена. Несмотря на это, такие лазеры используются для модификации цвета в лазерных системах проекционного телевидения.

Выбор длины волны лазера также происходит с помощью лазера на красителе, причем для красного получают длину волны 600 - 620 нм, для зеленого 514,5 нм, а для синего 457 - 488 нм. Для подгонки цветового тона к тону люминофора кинескопа используют схему, в которой управляющие сигналы красного, зеленого и синего преобразуются с использованием гамма-коррекции для достижения диапазона цветовых тонов, приемлемого в телевизионной системе с высокой разрешающей способностью. Не вполне понятно, как приводит к улучшению цветового воспроизведения гамма-коррекция, которая, по существу, нелинейна. Поэтому приходится допустить, что цветовые тона, получаемые с помощью и этой системы, тоже недостаточно близки к естественным.

В книге."Новые разработки телевизионной техники" Сер. радиоэлектроника и связь. Изд. Знание -М. : 1978, с. 8 сказано о необходимости существенного улучшения цветовоспроизведения в телевизионных системах с высокой разрешающей способностью. Анализируется ряд предложений в этом направлении, в том числе связанное с использованием основных цветов воспроизводящего устройства, которые основаны на реальных цветах в приемнике. Это предложение достигает наилучшие цветовые тона матричными преобразованиями, затем снова было отброшено в связи с опасениями ухудшить качество из-за разного рода помех.

Учитывая изложенное, изобретение решает задачу усовершенствования упомянутого известного способа с созданием для зрителя цветовоспроизведения, лучшего, чем у цветовых тонов, заложенных в первой базовой системе. Для осуществления такого способа соответственно должна существовать и система проекционного телевидения.

В отношении способа задача решается тем, что длины волн световых сигналов устанавливают такими, чтобы самая короткая составляла 470 нм или меньше и общий диапазон цветов содержал по меньшей мере те угловые точки цветового диапазона первой базовой системы, длина волны которых больше, чем самая короткая длина волны, определяемая люминофором кинескопа, а каждый цветовой тон, создаваемый матричным преобразователем, в пределах общего цветового диапазона, одинаков во второй базовой системе с цветовым тоном, определяемым сигналом основного цвета в первой базовой системе.

Тем самым в предлагаемом способе длины волн световых сигналов выбираются так, чтобы основные цвета охватывали весь цветовой диапазон, создаваемый красным, зеленым и от голубого до синего и их смеси. При этом допускаются только отклонения в темно-синей области диаграммы МКО на длинах волн менее 470 нм, причем именно здесь способность человеческого зрения различать цвета невелика, как показывает повседневный опыт, самый темно-синий цвет трудно отличить от других темно-синих оттенков и даже зачастую черного.

Темно-синюю область, в которой прежде всего можно пренебречь точным преобразованием цветов, определяют по кривым восприятия яркости спектра, разработанным МКО (1924 и 1951). Эти кривые близки к гауссовому распределению в области 50% на длине 40 нм. Для ночного зрения максимум кривой приходится примерно на 510 нм, а для дневного - на 560 нм. Таким образом, наблюдатель хорошо воспринимает ночное изображение только в диапазоне 510 ± 40 нм. Однако, поскольку в изобретении используются для создания видеокадров все длины волн, превышающие 470 нм, в этом способе изменения цветового тона, происходящие вследствие пренебрежения меньшими длинами волн, почти не различимы глазом даже при весьма затемненных кадрах. При дневном зрении, характерном для подавляющего числа видеоизображений, длины волн менее 470 нм воспринимаются глазом только при чувствительности менее 10%, так как даже при полном отсечении цветового диапазона на длинах волн менее 470 нм практически не возникает чувства искажения цветов.

В отличие от описанных известных решений, в которых использованными длинами волн лазера не охватывалась зеленая область, хотя глаз особенно чувствителен в диапазоне зеленого, в предлагаемом решении обеспечивается полное соответствие цвета именно в таком диапазоне. В целом предлагаемый способ предлагает наиболее благоприятный выбор длин волн световых сигналов, при котором глаз зрителя воспринимает оптимальное цветовое соответствие.

В соответствии с изобретением способ использует цветовое преобразование, при котором цветовые тона точно трансформируются с помощью матрицы в общий цветовой диапазон. Соответствующая формализация известна из публикации Lang, даже если из нее не следует возможность выбора основных цветов, поскольку математические формулы составляются без учета того, играют ли роль при преобразовании отрицательные значения интенсивности цвета.

Предлагаемым решением сигналы основных цветов R (красный), G (зеленый) и B (синий) подвергают такому матричному преобразованию, а оптические сигналы - такому регулированию, чтобы в результате создавалась правильная цветопередача до темно-синей области, определяемой самыми короткими длинами волн основных цветов. Благодаря использованию простого матричного преобразования предлагаемый способ позволяет отказаться от дорогих лазеров на красителях для создания тех же цветовых тонов, какие имеют люминофоры кинескопа. Источники света, применяемые для получения световых лучей, можно при этом установить без потерь мощности. Схемное решение для такого матричного преобразования также существенно надежнее и проще, чем лазер на красителе, а замена вышедших из строя конструктивных элементов не представляет серьезной проблемы.

Несмотря на то, что в публикации " Телевидение с высокой разрешающей способностью - новое средство массовой информации" Международной сессии Университета Констанцы, 1990, с. 30 высказан прогноз о том, что лазерные мониторы с хорошей передачей цвета и изображения появятся только к 2000 году, предлагаемый способ убедительно доказывает, что такие приборы с высокой верностью цветовоспроизведения можно создать уже сегодня.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения для образующихся при матричном преобразовании отрицательных интенсивностей цветовых сигналов тонов за пределами общего цветового диапазона вырабатываются световые сигналы интенсивности, получаемой из зависимости, асимптотически приближающей отрицательную интенсивность к нулю по логарифмической кривой.

Изобретение относится также к системе проекционного телевидения вышеописанного вида, особенно предназначенной для воплощения изобретенного способа и отличающийся тем, что кратчайшая длина волны светового источника составляет 470 нм или меньше, а другие длины волн источников света установлены такими, чтобы общий световой диапазон содержал, как минимум, те угловые точки цветового диапазона первой базовой системы, длина волны которых превышает кратчайшую длину волны, задаваемую люминофорами кинескопа. При этом схема для преобразования каждого цветового тона из первой во вторую базовую систему должна быть такой, чтобы цветовой тон точки изображения в пределах общего цветового диапазона был одинаков с цветовым тоном, определяемым сигналами основного цвета.

Предлагаемая система проекционного телевидения позволяет наиболее предпочтительно воплощать предложенный способ при использовании блока управления, в который вводятся сигналы входного каскада и подвергаются такой обработке в матричной схеме, чтобы цветовые тона воспринимались естественными вплоть до области темно-синего.

При этом входными сигналами такой схемы могут быть сигналы основных цветов R', G', В', преобразуемые в матрицах в заданные сигналы основных цветов R', G', В' для управления источниками света. Это создает преимущество, заключающееся в возможности выполнения входного контура из стандартных элементов, а согласование цветов - только с помощью дополнительной простой схемы линейного преобразования сигналов.

В используемых в настоящее время в телевидении стандартах PAL, NTSC и SECAM основные цвета не передаются непосредственно, передаются их линейные сочетания, которые преобразуются в приемнике в сигналы основных цветов с помощью другой схемы, выходные сигналы которой представляются в виде матричного умножения на входные сигналы. Схема проекционного телевидения поэтому должна содержать для преобразования линейных сочетаний RGB-сигналов в R'G'B' - сигналы две схемы преобразования в соответствии с матричным умножением.

Издержки такой необходимости можно снизить, если при матричном умножении использовать коэффициенты матрицы для генерирования RGB- сигналов и преобразования RGB-сигналов в R'G'B'-сигналы, так что в другом предпочтительном варианте электрические сигналы входной схемы содержат яркостный сигнал, пропорциональный сумме трех сигналов основного цвета, и два различных сигнала, пропорциональных цветоразностным сигналам. Благодаря этому на вход блока управления непосредственно подаются яркостный сигнал Y и передаваемые цветоразностные сигналы U, V или I, Q, из которых получаются сигналы управления источниками света.

Наиболее просто воплощается схема описанного типа по предпочтительному варианту тем, что она содержит цепь сопротивлений, определяющую матричное преобразование. Эта матрица сопротивлений обладает тем преимуществом, что она весьма недорога, особенно, когда нужно воплотить только положительные матричные элементы. Здесь не нужно и дополнительное питающее напряжение, и можно не обращать особого внимания на погрешности, связанные с частотами.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения в схеме блока управления для каждого из ее выходных сигналов имеется операционный усилитель, с помощью которого суммируются токи, создаваемые из электрических сигналов и протекающие через входные сопротивления, определяемые коэффициентами матрицы. При суммировании через операционные усилители схемные затраты хотя и превышают на одну матрицу сопротивлений, но позволяют избежать нежелательной связи между входными сигналами. В настоящее время имеются настолько недорогие операционные усилители, что дополнительные схемные расходы не стоит принимать во внимание по сравнению с преимуществом взаимной развязки входных сигналов схемы.

В зависимости оттого, используются ли в качестве входных сигналов устройства сигналы основных цветов или яркостный сигнал вместе с цветоразностными сигналами U, V (стандарт PAL), или также I, Q (стандарты NTSC, SECAM), можно изменять матрицу и, следовательно, сопротивления. Другую матрицу или другие сопротивления нужно собирать в случае использования других источников света, особенно лазеров с другими длинами волн. Поэтому еще в одном предпочтительном варианте входные сопротивления операционных усилителей или упомянутая матричная схема имеют модульную конструкцию, соединяемую с помощью штырьков с остальной частью схемы системы проекционного телевидения. Поскольку в общем случае речь идет о небольшом количестве сопротивлений (в описанном примере три входных и три выходных сигнала, то есть в общей сложности 9 сопротивлений), их можно предпочтительно разместить в простой интегральной схеме. Поскольку такая ИС содержит только резисторы, ее можно выполнить в виде толстопленочной схемы, в которой номиналы можно реализовать с небольшими затратами даже при мелкосерийном производстве.

При реализации изобретения можно использовать обычные источники света, обеспечивающие легкую фокусировку на экран и позволяющие без особых сложностей изменять интенсивность света частотами в мегагерцевом диапазоне. Самый дешевый с оптической точки зрения известный источник света представляет собой лазер. По мощности и стоимости следует отдать предпочтение лазеру на инертном газе, например аргоновому или криптоновому лазерам. Они имеют устойчивый режим, а ВЧ-модуляцию интенсивности света можно осуществлять отдельными световыми модуляторами. Однако можно избежать расходов на такие дополнительные модуляторы, если использовать в соответствии с предпочтительным вариантом в качестве источников полупроводниковые лазеры или светодиоды, поскольку они обладают достаточным быстродействием для непосредственного электрического управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы проекционного телевидения; на фиг. 2 - диаграмма цветности МКО с различными цветовыми треугольниками; на фиг. 3 - принципиальная схема, которую можно использовать в предложенной системе проекционного телевидения.

В системе проекционного телевидения, представленной на фиг.1, во входном контуре 10, содержащем, например, блок настройки телевизионного приема и схемы декодирования цветовых сигналов или сигналов цветовых поднесущих, генерируются три сигнала K, L, M на выходах 12, 14, и 16. Эти сигналы в соответствии с описанными известными решениями представляют собой сигналы основных цветов R, G, B, обычно подаваемые на яркостную модуляцию трех цветов в кинескоп.

Выходы 12, 14 и 16 соединены с входами 21, 22 и 23 блока 20 управления, действующего как смеситель и создающего из входных сигналов К, L, M выходные сигналы R', G', B', подаваемые на выходы 26, 27 и 28. Позже при рассмотрении фиг. 3 будет подробно описано, как выходные сигнылы R', G', B' образуются из входных сигналов K, L, M.

Сигналы R', G', B' на выходах 26, 27 и 28 блока 20 управления управляют интенсивностью световых лучей 36, 46 и 56 источников 30, 40 и 50. В примере выполнения источники 30, 40 и 50 содержат лазеры 32, 42 и 52, работающие в постоянном режиме. Создаваемый ими свет изменяется по интенсивности модуляторами 34, 44 и 54 с помощью электрических сигналов R', G', B'. Для модуляции наиболее подходят известные кристаллы DKDP.

Три луча 36, 46 и 56 лазеров подаются затем в оптическое устройство 60, выполняющее несколько задач. Первая из них состоит в том, чтобы свести три отдельных луча в общий. Это выполняется известным образом с помощью дихроичных зеркал. Затем оптическое устройство 60 содержит отклоняющую систему для развертки телевизионного изображения. Отклоняющая система построчно разворачивает объединенный лазерный луч аналогично тому, как это делается в кинескопе. Развернутый луч 66 поступает на экран 70, причем в месте его попадания образуется точка 74 изображения. На фиг. 1 показано линиями, как развертывается телевизионное изображение.

Дополнительно к упомянутым функциям в оптическом устройстве 60 могут содержаться фокусировочные приспособления для улучшения качества изображения.

Отклоняющая система в оптическом устройстве 60 предпочтительно состоит из быстро вращающихся зеркал, которые по линии синхронизации принимают синхросигнал с выхода 18 входного контура 10 на вход 62 оптического устройства 60, чтобы тем самым синхронизировать развертку зеркалом в соответствии с видеосигналом.

Изображение создается на экране 70 обычным путем, при развертке лазерного луча 66 по экрану в соответствии с разверткой передатчика. При этом цветовой тон точки изображения 74 задается сочетанием интенсивности лучей 36, 46 и 56 лазеров. Поскольку использованные в примере лазеры, например лазеры на инертном газе с установленными за ними лазерами на красителях с длинами волн голубого 470 нм, зеленого 545 нм и красного 620 нм, отличаются от длин волн обычно применяемых в телевидении люминофоров, создаваемые во входном контуре при непосредственном подключении к модуляторам, сигналы RGB имеют цветовое искажение. Это искажение устраняется блоком управления 20, генерируются новые сигналы R', G' В', в которых это цветовое искажение скорректировано. Цветовые тона попадают в область векторов МКО, проекция которых на оси x, y показана на фиг.2 в виде диаграммы МКО. Преобразование сигналов основных цветов R, G, В из первой базовой системы в сигналы R' G', В' второй базовой системы можно поэтому представить как поворот и растяжение в векторном пространстве и выразить математически в виде матричного перемножения. Если в дальнейшем обозначить как R, G, В значения входных сигналов, а как R', G', В' значения выходных сигналов блока управления 20, то можно записать в следующем виде матричное умножение, обозначив коэффициентами a_ij элементы матрицы преобразований "a":
R' = a₁₁R + a₁₂G + a₁₃В
G' = a₂₁R + a₂₂G + a₂₃B
В' = a₃₁R + a₃₂G + a₃₃В
или

Матричные значения преобразования R, G, В-сигналов для длин волн 620, 545 и 470 нм приведены ниже:
a₁₁ = 1,24; a₁₂ = -0,15; a₁₃ = -0,09; a₂₁ = -0,09; a₂₂ = 1,05; a₂₃ = 0,03; a₃₁ = -0,02; a₃₂ = -0,14; a₃₃ = 1,16
В другом варианте выполнения использованы лазерные источники света с длинами волн для красного 647,1 нм, зеленого 514,5 нм и синего 458,0 нм. Соответствующие коэффициенты матрицы имеют тогда следующие величины:
a₁₁ = 0,5677; a₁₂ = 0,416; a₁₃ = 0,0144; a₂₁ = 0,0868; a₂₂ = 0,8597; a₂₃ = 0,0543; a₃₁ = 0,0091; a₃₂ = 0,016; a₃₃ = 0,9753 Схематическое выполнение этих преобразований R, G, В-системы в R', G', B'-систему рассматривается ниже при описании фиг.3.

В приведенном примере сигналы К, L, M представлены сигналами R, G, В. Возможно, однако, что вместо R, G, В-сигналов на входах 21, 22 и 23 яркостный сигнал Y и цветоразностные сигналы U и V или I и Q непосредственно преобразуются в сигналы R', G', B'. Это можно пояснить на примере системы PAL. Аналогичные выкладки можно привести и для систем NTSC и SECAM.

В системе PAL сигналы R, G, В генерируются при следующем матричном умножении:

При этом L_R, L_G и L_B представляют собой коэффициенты яркости, с помощью которых яркостный сигнал Y можно выразить через сигналы основных цветов R, G, В: Y = I_R•R + L_G•G + L_B•B при L_R + L_G + L_B = 1
Справедливо, таким образом

,
где
b - матрица преобразований.

Из переданного яркостного сигнала Y и цветоразностных сигналов U и M получают, таким образом, R, G, В-сигналы с помощью аналогичного матричного умножения, как при создании сигналов R', G', В' из сигналов R, G, В. Можно записать это следующим образом:

Это уравнение показывает, что вместо двух контуров, как в рассмотренном примере по фиг.1, для осуществления преобразования сигналов, представленного матричным умножением, возможно и единичное матричное умножение, однако с последующим изъятием коэффициентов использованной матрицы из произведения а•b. Если коэффициенты матрицы в блоке управления 20 устанавливаются в соответствии с матрицей а•b, можно подключить этот блок непосредственно к сигналам Y, U, Y входного контура или в системах NTSC и SECAM к сигналам Y, I и Q. Благодаря этому снижаются схематические затраты на систему проекционного телевидения.

Из фиг.2 явствует еще одна трудность, связанная с созданием такой системы. Здесь показаны цветовые треугольники на диаграмме МКО. Представлены ордината 410 и абсцисса 420, на которые нанесены сокращенные составляющие x и y основного цвета. Кривая 400 охватывает все значения цветовой чувствительности, воспринимаемые глазом (треугольник МКО). Жирные точки служат ориентирами и относятся к длинам волн 700, 550 и 380 нм.

В диаграмме МКО по фиг.2 заштрихованный треугольник 440 обозначен угловыми точками R, G, В и представляет диапазон цветов, которые может создавать обычный экран кинескопа в соответствии со стандартом ЕСВ. Цветовые тона (с равной длиной волны или преобладающей в тоне) образуются соединительной прямой белого по стандарту Д65 и угловых точек R, G, В с кривой 400 спектральных цветов. Прямая пересекает эту кривую на соответствующей длине волны.

На фиг. 2 представлен также цветовой треугольник 450 с угловыми точками R' G', B' для трех монохроматических длин волн 620, 545 и 470 нм, которые использовались в примере по фиг. 1. Этот цветовой треугольник 450 показывает область цветов, которые могут быть образованы такой лазерной системой. Сравнением треугольников 440 и 450 (R, G, В и R', G', B) можно видеть, что они не полностью перекрывают друг друга. Общая область в этом примере меньше, чем цветовая область цветового треугольника 440, воспроизводящего основные цвета телевизионного приемника R, G, В. Вблизи точки В остается небольшая область треугольника 440, не входящая в треугольник 450. Эта область охватывает темно-синие тона, и ее отсекание не создает у глаза существенного ухудшения цветового восприятия, как пояснялось выше. Однако ухудшения цветовосприятия можно вообще избежать, использовав синий лазерный источник, длина волны которого столь мала, что включает в треугольник R', G', В весь треугольник R, G, В. Поэтому все цветовые тона треугольника 440 передаются треугольником R', G', В' и позволяют точно воспроизводить принимаемые цвета без малейших сдвигов в синей области.

Такое улучшение в синем может быть осуществлено применением лазеров серии Скайлайт 400 фирмы Coherent, длина волны которых отфильтрована фильтрами ВР 558 и ВР 514 фирмы Schott (Майнц). Для красного использован криптоновый лазер, а для синего и зеленого - аргоновые лазеры. Это позволяет обеспечить длины волн 647,1 нм для красного, 514,5 нм для зеленого и 458 нм для синего. Соответствующий треугольник тоже показан на фиг. 2 пунктирной линией. Видно, что он полностью перекрывает область ЕСИ - люминофоров R, G, В.

На фиг.3 представлена схема блока 20 управления с выходами 26, 27, 28 и входами 21, 22, 23. На входы поступают сигналы К, L, M, под которыми подразумеваются сигналы основных цветов R, G, В или яркостный сигнал Y и цветоразностные сигналы U и V или I и Q в соответствии с определенным телевизионным стандартом. Матричное умножение осуществляется в схеме 80, входы которой 81, 82 и 83 в показанном примере непосредственно соединены с входами 21, 22 и 23 блока 20 управления. Генерируемые благодаря матричному умножению выходные сигналы поступают с выходов 86, 87 и 88 схемы 80 через подстроечные конденсаторы 150, 250 и 350 на выходные усилители 160, 260 и 360 прежде, чем достигнут выходов 26, 27 и 28 блока 20 управления в виде сигналов R', G', B'. Подстроечные конденсаторы 150, 250 и 350 служат для того, чтобы при серийном изготовлении системы проекционного телевидения скомпенсировать возможные различия характеристик модуляторов.

Собственно матричное умножение сигналов выполняется операционными усилителями 140, 240 и 340. Они развязаны отрицательной обратной связью с помощью сопротивлений 100, 200 и 300 от выхода до инвертирующего входа усилителей 140, 240 и 340. К каждому развязанному инвертирующему входу этих операционных усилителей подключены по три других резистора 110, 120 и 130; 210, 220 и 230; 310, 320 и 330. Благодаря такой схеме каждый операционный усилитель 140, 240 и 340 работает как сумматор, причем входные сигналы на резисторах 110, 120, 130, 210, 220, 230, 310, 320 и 330 перед суммированием умножаются на коэффициенты соотношений номиналов резисторов. Цифровые соотношения сопротивлений приравнены к абсолютным значениям указанных коэффициентов для матричного умножения:
номинал резистора 100/номинал резистора 110 = /a₁₁/
номинал резистора 100/номинал резистора 120 = /a₁₂/
номинал резистора 100/номинал резистора 130 = /a₁₃/
номинал резистора 200/номинал резистора 210 = /a₂₁/
номинал резистора 200/номинал резистора 220 = /a₂₂/
номинал резистора 200/номинал резистора 230 = /a₂₃/
номинал резистора 300/номинал резистора 310 = /a₃₁/
номинал резистора 300/номинал резистора 320 = /a₃₂/
номинал резистора 300/номинал резистора 330 = /a₃₃/
Однако в приведенных матричных элементах примера выполнения некоторые коэффициенты имеют отрицательную величину. Поэтому нельзя связать все резисторы 110, 120, 130, 210, 220, 230, 310, 320 и 330 непосредственно с входами 81, 82 и 83. Для выполнения математического знакоинвертирования служат три инвертора 145, 245 и 345, меняющие на обратные знаки сигналов на входах 81, 82 и 83 схемы 80 до того, как они поданы на суммирующую схему, образованную резисторами 110, 120, 130, 210, 220, 230, 310, 320 и 330. Как видно из фиг. 3, входы резисторов 110, 120, 130, 210, 220, 230, 310, 320 и 330 в соответствии со знаками упомянутых матричных элементов соединены с сигналами R, G, В на входах 21, 22 и 23 блока 20 управления. В примере выполнения для резисторов 100, 200 и 300 цепи отрицательной связи выбраны одинаковые номиналы 1 кОм. Соответственно для воплощения описанной матрицы в примере использованы следующие номиналы резисторов:
Резистор - номинал, кОм
110 - 1
120 - 8,16
130 - 13,74
210 - 14,62
220 - 1,18
230 - 43,67
310 - 55,25
320 - 9,05
330 - 1,07
Благодаря этому можно рассчитать и значения резисторов для приведенных длин волн лазеров, принимая во внимание, что здесь входные сигналы не надо инвертировать, поскольку все коэффициенты положительны.

Выходные сигналы операционных усилителей 140, 240 и 340 подаются через выходные резисторы 142, 242 и 342 на выходы 86, 87 и 88 схемы 80. Эти резисторы 142, 242 и 342 в представленном примере имеют номинал 51 Ом, подходящий к 50-омной видеосистеме. Кроме того, к каждому выходу подключен диод 144, 244, 344 на потенциал 0,7 В. Эти диоды подавляют возможные выходные напряжения операционных усилителей, имеющие нежелательную полярность (в данном случае положительную). Для подавления даже небольших потенциалов ниже порогового напряжения диодов 144, 244 и 344 эти диоды подключены к потенциалу -0,7 В. В этом примере диоды кремниевые, а их пороговое напряжение как раз соответствует напряжению смещения 0,7 В. Для других диодов надо выбрать соответствующий потенциал. Например, у германиевых диодов это примерно 0,2 вместо 0,7 В.

Диоды имеют в общем случае экспоненциальную зависимость тока от напряжения, так что при малых сигналах на диодах возникает падение напряжения, логарифмически связанное с выходным напряжением соответствующего операционного усилителя. При правильном выборе диодов 150, 250, 350, добавочных резисторов и потенциалов можно обеспечить, чтобы падение напряжения асимптотически стремилось к нулю по логарифмической зависимости при выходных напряжениях нежелательной полярности. Такие полярности возникают в том случае, когда преобразованный цветовой тон не находится в общем цветовом диапазоне. По сравнению со способом, предложенным Лангом (вводная часть описания), по которому отсекание выполняют точно по нулевому значению, логарифмическое отсекание имеет то преимущество, что изображаются даже изменения цвета за пределами общего цветового диапазона, то есть контрасты остаются неразличимыми.

Для обеспечения такой асимптомы необходимо выбирать потенциал равным пороговому напряжению диодов 150, 250 и 350. Номиналы добавочных резисторов 142, 242 и 342 определяют логарифмический характер в зависимости от входного напряжения. Если выбирать номиналы резисторов 142, 242 и 342 весьма малыми, например, в данном примере 51 Ом, логарифмический характер падения напряжения в зависимости от выходного напряжения соответствующих операционных усилителей 140, 240 и 340 устанавливается только при очень малых напряжениях, так что преобразование цветов создает цвета, соответствующие люминофорам, практически до границ общего цветового диапазона. Блок 20 управления может запитываться вместо приведенных в примере сигналов R, G, В иными сигналами, например яркостным сигналом Y и цветоразностными сигналами U, V или I, Q. Но в этом случае матрицу необходимо изменить - и не только величины коэффициентов, но и их отдельные знаки. Это означает, что подбор номиналов резисторов. 110, 120, 130, 210, 220, 230, 310, 320 и 330 должен быть иным, и подключение к входам или выходам инверторов 145, 245 и 345, показанное на фиг.3, тоже изменяется.

Для простого изменения схемы 80 в приведенном примере резисторы 110, 120, 130, 210, 220, 230, 310, 320 и 330, определяющие коэффициенты, содержатся в отдельном модуле 90, вставляемом штырьками 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 и 99 в схему 80. При этом контакты 97, 98 и 99 представляют выводы модуля 90, непосредственно подключаемые к охваченным отрицательной обратной связью входам операционных усилителей 140, 240 и 340. Штырьки 91, 92 и 93 служат для подачи сигналов с входов 81, 82 и 83 схемы 80, а входы 94, 95 и 96 подают соответствующие инвертирующие сигналы в модуль 90. Благодаря этому модуль 90 может быть снабжен разными резисторами для различных коэффициентов и, соответственно, знака коэффициентов для матричного умножения, по-разному подключаемыми к входам 91, 92, 93, 94, 95 и 96. Модуль 90, таким образом, заменяем для разного назначения. Поэтому легко выполнить корректировку сдвига цветовых компонент трех оптических каналов. Такой сдвиг создается из-за избирательных характеристик передачи оптических блоков, подключенных к лазерам, или из-за разных лазеров.

В целях стандартизации модуль 90 можно выполнить на интегральной схеме. Наиболее приемлемо ее выполнение по толстопленочной технологии, поскольку при этом можно обеспечить и достаточно высокую точность номиналов сопротивлений.

В вышеописанных примерах использованы два аргоновых лазера и один криптоновый с фильтрами или лазерами на красителях для установления заданных длин волн, создаваемых тремя световыми сигналами R_L', G_L', В_L'. Интенсивность аргоновых или криптоновых лазеров, однако, поддается непосредственному управлению с недостаточным для создания телевизионного изображения быстродействием, в связи с чем такие лазерные источники 32, 42 и 52 обычно работают в режиме непрерывного излучения, а интенсивность управляется отдельно модуляторами 43, 44 и 54. Однако можно ожидать появления в ближайшем будущем полупроводниковых лазеров с соответствующими длинами волн, что позволит воплощать лазерные системы проекционного телевидения на их основе. Такие полупроводинковые лазеры могли бы подвергаться непосредственному управлению. Источники света, используемые в системе, однако, не ограничиваются лазерами. В принципе, можно применять любые источники с возможностью хорошей фокусировки и развертки для создания телевизионного изображения. Можно также применять любые источники света, длинами волн которых создается достаточно большой цветовой треугольник на диаграмме, в рамках решения по п. 1 формулы, и сигналы управления которых комбинируются таким образом, чтобы обеспечить правильную цветопередачу.

Подразумевается, что для повышения качества изображения можно использовать и четыре и более лазеров. Необходимые и в этом случае дополнительные сигналы можно создавать блоком 20 управления в соответствии с матричным умножением.

Claims

1. Способ создания точек цветного телевизионного изображения, высвечиваемых световыми сигналами с различной длиной волны, цвета которых задают сигналами основных цветов в первом цветовом треугольнике, определяемом на диаграмме цветности Международного комитета по оснащению (МКО) угловыми точками, определяемыми главными длинами волн люминофоров кинескопа, причем длинами волн световых сигналов ограничивают второй цветовой треугольник, отличный от первого цветового треугольника и имеющий с первым цветовым треугольником общий цветовой диапазон, а световые сигналы генерируют не менее чем из трех сигналов, представляющих собой сигналы основных цветов или содержащих такие сигналы, матричным преобразованием первого цветового треугольника во второй цветовой треугольник, отличающийся тем, что длины волн световых сигналов устанавливают такими, что самая короткая составляет 470 нм или меньше и общий цветовой диапазон обоих цветовых треугольников содержит по меньшей мере те угловые точки первого цветового треугольника, длина волны которых больше, чем самая короткая длина волны первого цветового треугольника, а каждый цветовой тон, создаваемый матричным преобразованием, в пределах общего цветового диапазона обоих цветовых треугольников во втором цветовом треугольнике одинаков с цветовым тоном, определяемым сигналами основных цветов в первом цветовом треугольнике.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для возникающих при матричном преобразовании отрицательных интенсивностей цветовых сигналов за пределами общего цветового диапазона обоих цветовых треугольников вырабатывают световые сигналы с интенсивностью, получаемой из зависимости, асимптотически приближающей отрицательную интенсивность к нулю по логарифмической кривой.

3. Система проекционного телевидения для создания точек цветного телевизионного изображения, содержащая не менее чем три световых источника, управляемых по интенсивности, для световых сигналов различной длины волны, в которой цветовой тон каждой точки изображения определен сигналами основных цветов в первом цветовом треугольнике, определяемом на диаграмме цветности МКО угловыми точками, определяемыми главными длинами волн люминофоров кинескопа, причем длинами волн световых сигналов ограничивается второй цветовой треугольник, отличный от первого цветового треугольника и имеющий с первым цветовым треугольником общий цветовой диапазон, с входной схемой для создания не менее трех электрических сигналов (K, L, M), пропорциональных сигналам основных цветов или содержащих их в смеси, а также с блоком управления световыми источниками с помощью сигналов (K, L, M), причем блок управления соединен по меньшей мере с тремя источниками света и с входной схемой и содержит матричный умножитель для преобразования первого цветового треугольника во второй цветовой треугольник, отличающаяся тем, что самая короткая длина волны световых источников составляет 470 нм или меньше, а другие длины волн установлены так, что общий цветовой диапазон обоих цветовых треугольников содержит, как минимум, те угловые точки первого цветового треугольника, длина волны которых превышает самую короткую длину волны первого цветового треугольника, а матричный умножитель выполнен с возможностью установки цветового тона точки изображения в пределах общего цветового диапазона обоих цветовых треугольников одинаковым с цветовым тоном, определяемым сигналами основных цветов.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что электрические сигналы входной схемы содержат яркостный сигнал (Y), пропорциональный сумме трех сигналов основных цветов, и два различных сигнала, пропорциональных цветоразностным сигналам /U, V; I, Q/.

5. Система по п.3 или 4, отличающаяся тем, что схема в блоке управления содержит цепь сопротивлений, определяющую матричное преобразование.

6. Система по пп.3 - 5, отличающаяся тем, что схема в блоке управления содержит для каждого из ее выходных сигналов операционный усилитель, с помощью которого суммируются токи, создаваемые из электрических сигналов /K, L, M/ и протекающие через входные сопротивления, определяемые коэффициентами матрицы.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что входные сопротивления, определяющие коэффициенты матрицы, установлены в схеме блока управления с возможностью замены.

8. Система по одному из пп.3 - 7, отличающаяся тем, что световые источники представляют собой лазеры со световыми модуляторами, причем интенсивность света, создаваемого источниками, может изменяться с помощью электрического управления световыми модуляторами.

9. Система по одному из пп.3 - 7, отличающаяся тем, что световые источники представляют собой полупроводниковые лазеры или соответствующие диоды.