RU2684900C2 - Способ получения сигналов изображения цветного телевидения - Google Patents
Способ получения сигналов изображения цветного телевидения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684900C2 RU2684900C2 RU2017123231A RU2017123231A RU2684900C2 RU 2684900 C2 RU2684900 C2 RU 2684900C2 RU 2017123231 A RU2017123231 A RU 2017123231A RU 2017123231 A RU2017123231 A RU 2017123231A RU 2684900 C2 RU2684900 C2 RU 2684900C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- signal
- television
- channel
- pixel
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 19
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 6
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 12
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 235000020044 madeira Nutrition 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N7/00—Television systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Processing Of Color Television Signals (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к телевидению и может быть использовано при создании телевизионных камер для систем цветного телевидения с повышенным качеством цветного изображения. Техническим результатом является повышение точности цветопередачи. Результат достигается тем, что в первом канале телевизионной камеры регистрируют сигнал, пропорциональный яркости изображения в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал, во втором канале регистрируют сигнал, пропорциональный поглощенной в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал энергии света, и в третьем канале регистрируют сигнал, пропорциональный дисперсии поглощенной энергии в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал. Полученные видеосигналы матрицируют для перехода в колориметрическую систему телевизионного приемника RGB. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к телевидению, и может быть использовано при создании телевизионных камер для систем цветного телевидения.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время для получения сигналов изображения в цветном телевидении в телевизионных камерах осуществляют цветоделение светового потока от передаваемой сцены на три части: красную (R), зеленую (G) и синюю (В). Красная, зеленая и синяя составляющие разделенного светового потока поступают на преобразователи свет-сигнал, на выходе которых получают видеосигналы UR, UG, UB. Для целей настоящего документа термины «сигнал изображения» и «видеосигнал» равнозначны.
Для правильной цветопередачи телевизионная камера должна обеспечивать прямую пропорциональность между видеосигналами UR, UG, UB и координатами цвета передаваемой сцены в одной из колориметрических систем низшей метрики цвета. В большинстве случаев (как правило) телевизионная камера осуществляет цветовой анализ в колориметрической системе телевизионного приемника (монитора) RПGПBП (фиг. 1) [Телевидение / Под ред. В.Е. Джаконии. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 616 с. (см. с. 230)]. Это связано с тем, что удобно получать сигналы UR, UG и UB, прямо пропорциональные координатам основных цветов стандартного (эталонного) телевизионного приемника, из которых приемник синтезирует воспроизводимое изображение. В этом случае характеристики спектральной чувствительности трех каналов камеры представляют собой функции удельных координат , , колориметрической системы приемника. Как видно из фиг. 1 эти функции имеют участки отрицательных значений ординат и вторичных максимумов. Практическая реализация трехсигнальной телевизионной камеры с такими характеристиками спектральной чувствительности невозможна. Поэтому на практике используют спектрально несогласованные характеристики чувствительности камеры. Например, в трехсигнальных камерах RGB, RYB и RWB используют спектральные характеристики, представленные на фиг. 2 [Телевизионные передающие камеры / В.А. Петропавловский и др. - М.: Радио и связь, 1988. - 304 с. (см. с. 41)]. Эти спектральные характеристики отличаются от удельных координат колориметрической системы приемника отсутствием отрицательных участков и вторичных максимумов и, выбраны из условий компромисса между ухудшением качества передачи цвета и увеличением чувствительности при условии дополнительной матричной цветокоррекции. Принцип цветокоррекции основан на том, что побочные отрицательные и положительные ветви функций удельных координат , , расположены под основными ветвями и подобны им по форме. Это позволяет, вычитая из каждого видеосигнала основных цветов два других в определенных пропорциях, компенсировать отсутствие отрицательных ветвей.
Рассмотренный способ получения сигналов изображения в цветном телевидении имеет целый ряд существенных недостатков:
1. Разделение спектра светового потока на три части (красную, зеленую и синюю) снижает уровень видеосигнала преобразователей свет-сигнал приблизительно во столько же раз и, следовательно, снижает чувствительность цветной телевизионной системы.
2. Несоответствие спектральных характеристик камер RGB, RYB и RWB удельным координатам соответствующих цветов приемника , , , даже после цветокоррекции, приводит к снижению точности цветопередачи.
3. В цветокорректирующей матрице присутствуют отрицательные коэффициенты [Певзнер Б.М. Качество цветных телевизионных изображений. - М.: Радио и связь, 1988. - 224 с. (см. с. 30)], что приводит к снижению отношения сигнал/шум, поскольку при выполнении матричного преобразования полезные сигналы сохраняют свой размах, а шумы складываются по мощности.
4. Светоделительная система телевизионной камеры, разделяющая световой поток на три цветоделенных световых потока и обеспечивающая требуемые спектральные характеристики, снижает чувствительность камеры и является сложным оптическим устройством [Телевидение / Под ред. В.Е. Джаконии. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 616 с. (см. с. 235-238)].
5. Как правило, для сокращения потерь света в камере используются преобразователи свет-сигнал с разными спектральными характеристиками.
Таким образом, традиционные способы получения цветоделенных сигналов в цветном телевидении, основанные на трехзональном принципе, ограничены в чувствительности и имеют искажения цветности до 3-х цветовых порогов.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения сигналов изображения цветного телевидения, позволяющего разрабатывать цветные телевизионные камеры с колориметрически точными спектральными характеристиками без отрицательных ветвей и побочных максимумов, связанными линейной зависимостью с удельными координатами , , соответствующих цветов приемника, высокой чувствительностью, высоким отношением сигнал/шум, упрощенной конструкцией светоделительного устройства, с преобразователями свет-сигнал, имеющими одинаковые спектральные характеристики.
Заявляемый способ базируется на предложенной автором новой колориметрической системе - квантовой модели низшей метрики цвета, которую он называет FED(E), с удельными координатами
, , где V(λ) - относительная спектральная световая эффективность зрительной системы (кривая видности), квантовое число, пропорциональное энергии фотона с длиной волны λ в мкм. Предложенная квантовая модель основана на работе М. Планка (М. Планк Теория теплового излучения - М., Теория теплового излучения. Перевод с немецкого. Изд. 2 КомКнига. 2006. 208 с., (см. с. 88), в которой показано, что световой поток фотонов F несет не только энергию Е, но и энтропию Н, которая логарифмически связана с дисперсией энергии светового потока D(E). Эти выводы М. Планка позволили предположить, что световые потоки разного спектрального состава в сравниваемых полях будут неразличимы, т.е. иметь одинаковый цвет, если поглощенные в сетчатке глаза световые потоки от этих полей будут иметь равное число фотонов, равные энергии и равные дисперсии этих энергий. При этом число эффективно поглощенных фотонов считается пропорциональным яркости. Подробно модель описана в работах: [Мазуров А.И., Раевская К.А. Квантовая модель низшей метрики цвета // VIII российско-баварская конференция по биомедицинской инженерии 29-31 мая 2012. - СПб: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2012. - с. 10-13;
Мазуров А.И., Раевская К.А. Квантовая модель низшей метрики цвета // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2013. №1. - с. 45-47;
Мазуров А.И. Параметрическая колориметрическая система FED(Е) // 15-я научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья «МЕДТЕХ-2013»: сборник трудов, 20-27 сентября 2013 г., Португалия, о. Мадейра. - М.: ФГБОУ высшего проф. образования МГТУ им Н.Э. Баумана, 2013. - С. 78-80].
Заявляемый способ позволяет получить комплексный технический результат, который выражается в следующем. Система позволяет избежать разделения спектра светового потока на три части - красную, зеленую и синюю. Это увеличивает чувствительность способа по сравнению со способом-прототипом, улучшает точность цветопередачи, увеличивает соотношение сигнал/шум, позволяет упростить конструкцию устройства реализации способа благодаря отсутствию цветоделительной системы, а также использовать преобразователи «свет-сигнал» с одинаковыми спектральными характеристиками.
Колориметрическая система FED(E) линейно связана с колориметрической системой RGB, стандартизированной Международной комиссией по освещению (МКО) в 1931 г., а, следовательно, с любой стандартизованной колориметрической системой низшей метрики цвета (в том числе с системой RПGПBП). Эта связь может быть записана в виде системы трех уравнений
Здесь Lr, Lg и Lb - яркостные коэффициенты в колориметрической системе RПGПBП;
Интегрирование осуществляют по всему диапазону длин волн видимого участка спектра электромагнитного излучения; - удельные координаты колориметрической системы FED(E).
Из системы уравнений (1) следует, что в качестве спектральных характеристик чувствительности трех каналов цветной телевизионной камеры без учета светоделения можно использовать функции которые представлены на фиг. 3а.
На Фиг. 3б видно, что приведенные по максимуму к единице функции близки к V(λ). Поэтому спектральные характеристики преобразователей свет-сигнал могут быть выбраны одинаковыми и равными относительной спектральной световой эффективности зрительной системы V(λ), если множители ε(λ) и ε2(λ) в функциях отнести к светоделительному устройству. Тогда функции с учетом светоделения можно записать в виде:
Для решения поставленной задачи с достижением вышеуказанных результатов предлагается способ получения сигналов изображения цветного телевидения в трехканальной телевизионной системе, в котором световой поток I(λ) (перед светоделительным блоком) всего видимого участка спектра направляют в каждый из трех каналов в полном диапазоне длин волн λ,
в первом канале со спектральной характеристикой световой эффективности формируют видеосигнал, пропорциональный яркости изображения в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал
во втором канале со спектральной характеристикой
формируют видеосигнал, пропорциональный поглощенной в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал энергии света
в третьем канале со спектральной характеристикой формируют видеосигнал, пропорциональный дисперсии поглощенной энергии в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал
где спектральные характеристики светоделительного блока τ1(λ), τ2(λ), τ3(λ) во всем диапазоне видимого спектра всех оптических элементов светоделительной системы, стоящих на пути света от передаваемой сцены до светочувствительной поверки преобразователей свет-сигнал рассчитывают по формулам:
причем τ1(λ)+τ2(λ)+τ3(λ)=1.
Затем получаемые в каналах видеосигналы подвергают матрицированию для перехода в колориметрическую систему телевизионного приемника RПGПBП:
и получения из системы уравнений (2) красного UR, зеленого UG и синего UB видеосигналов телевизионного приемника.
Преобразователи свет-сигнал могут быть выбраны с одинаковыми спектральными характеристиками, которые равны относительной спектральной световой эффективности зрительной системы V(λ).
В отличие от способа-прототипа RYB, в котором осуществляется цветоделение светового потока от объекта и только одна спектральная характеристика канала G (см. фиг. 2б - кривая Y) близка к стандартной кривой V(λ), в предлагаемом способе отсутствует цветоделение и все три преобразователя свет - сигнал имеют спектральные характеристики Существенным отличием в способе является то, что светоделительная система не разделяет световой поток на три спектральных зоны: красную, зеленую и синюю, а световой поток всего видимого участка спектра поступает во все три канала в полном диапазоне длин волн, что позволяет избежать потерь в светоделительном устройстве и тем самым увеличить чувствительность способа по сравнению со способом-прототипом.
В отличие от прототипа спектральные характеристики не имеют отрицательных ветвей и побочных максимумов. Колориметрическая система FED(E) линейно связана с колориметрической системой приемника RПGПBП и, следовательно, передает все цветности, заключенные в треугольнике основных цветов телевизионного приемника без искажений.
В отличие от способа-прототипа световой поток разделяется на три канала без потерь.
Также существенным отличительным фактором от ранее известных способов является то, что во всех трех каналах используется преобразователь свет-сигнал с одинаковыми спектральными характеристиками V(λ).
В отличие от матрицирования в способе-прототипе, в котором матрицирование состоит в том, что в каждом канале из его видеосигнала вычитаются доли сигналов двух других каналов, в предлагаемом способе матрицы не содержит отрицательных коэффициентов (см. (2)), что не приводит к снижению отношения сигнал/шум.
Способ - прототип поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1 [Телевидение / Под ред. В.Е. Джаконии. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 616 с. (см. с. 230)] - удельные координаты колориметрических систем приемника.
а) - для треугольника основных цветов приемника типа NTSC с опорным белым С
б) - для треугольника основных цветов приемника типа ЕС с опорным белым D6500.
Фиг. 2 [Телевизионные передающие камеры / В.А. Петропавловский и др. - М.: Радио и связь, 1988. - 304 с. (см. с. 41)] - Спектральные характеристики чувствительности цветных телевизионных камер: а - RGB, б - RYB, в - RWB.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг. 3. Удельные координаты колориметрической системы FED(E):
На фиг. 4. Показана светоделительная система с коэффициентами отражения
и коэффициентом пропускания
На фиг. 5 показаны зависимости коэффициентов пропускания светоделительной системы от длины волны.
На фиг. 6 показано устройство для реализации заявляемого способа. Способ осуществляют следующим образом. Первый канал телевизионной камеры со спектральной характеристикой регистрирует сигнал, пропорциональный яркости изображения в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал, второй канал со спектральной характеристикой регистрирует сигнал пропорциональный поглощенной в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал энергии света и третий канал со спектральной характеристикой регистрирует сигнал, пропорциональный дисперсии поглощенной энергии в каждом пикселе преобразователя свет-сигнал. В каналах получают видеосигналы и
Матричным методом решают систему уравнений (2) для перехода из системы FED(E) в колориметрическую систему телевизионного приемника RПGПBП.
Промышленная применимость
Способ получения сигналов изображения цветного телевидения реализуют в устройстве, схема которого показана на (фиг. 6).
Световой поток I0(λ) от передаваемой сцены 1, пройдя через объектив 2 и сменные приводные фильтры 3, корректирующие при необходимости источник освещения, преобразуется в световой поток I(λ), который поступает в светоделительный блок 4 на дихроический фильтр 5. Фильтр 5 расщепляет световой поток на два, один из которых отражается во всем диапазоне видимого участка спектра с коэффициентом отражения
а второй полностью без потерь пропускает на дихроический фильтр 6, который отражает часть потока с коэффициентом отражения
и пропускает часть потока с коэффициентом пропускания
Световые потоки поступают на фоточувствительные поверхности преобразователей «свет-сигнал» 7, 8, 9 с одинаковыми спектральными характеристиками V(λ), которые преобразуют каждый элемент передаваемой сцены в видеосигналы UF, UE, UD.
Полученные видеосигналы в матрице 10 преобразуют в сигналы колориметрической системы приемника UR, UG и UB.
Claims (17)
1. Способ получения сигналов изображения цветного телевидения в трехканальной телевизионной системе, отличающийся тем, что:
световой поток I(λ) всего видимого участка спектра направляют в каждый из трех каналов в полном диапазоне длин волн λ,
затем получаемые в каналах видеосигналы подвергают матрицированию для перехода в колориметрическую систему телевизионного приемника RПGПBП:
и получения красного UR, зеленого UG и синего UB видеосигналов телевизионного приемника,
при этом спектральные характеристики пропускания τ1(λ), τ2(λ), τ3(λ) во всем диапазоне видимого спектра всех оптических элементов светоделительной системы, стоящих на пути света от входа в светоделительную систему до светочувствительной поверхности преобразователей свет-сигнал рассчитывают по формулам:
причем τ1(λ)+τ2(λ)+τ3(λ)=1.
2. Способ по п. 1, в котором спектральные характеристики преобразователей свет-сигнал одинаковые и равны относительной спектральной световой эффективности зрительной системы V(λ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123231A RU2684900C2 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ получения сигналов изображения цветного телевидения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123231A RU2684900C2 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ получения сигналов изображения цветного телевидения |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017123231A RU2017123231A (ru) | 2019-01-09 |
RU2017123231A3 RU2017123231A3 (ru) | 2019-01-09 |
RU2684900C2 true RU2684900C2 (ru) | 2019-04-16 |
Family
ID=64977303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017123231A RU2684900C2 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ получения сигналов изображения цветного телевидения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2684900C2 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU269980A1 (ru) * | Оптическая система для передающих камер цветного телевидения | |||
GB1533798A (en) * | 1975-10-07 | 1978-11-29 | Canon Kk | Optical systems for colour television cameras |
US20030151675A1 (en) * | 2002-02-11 | 2003-08-14 | La Grone Marcus J. | Color correction for RGB |
US20090244717A1 (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | Contrast Optical Design & Engineering, Inc. | Whole beam image splitting system |
US20120050877A1 (en) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | Fujifilm Corporation | Color separating optical system |
EP2850822A1 (en) * | 2012-05-18 | 2015-03-25 | Thomson Licensing | Native three-color images and high dynamic range images |
RU2546982C2 (ru) * | 2013-05-28 | 2015-04-10 | Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") | Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений |
US20170045747A1 (en) * | 2015-08-10 | 2017-02-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Color separation optical system and image pickup apparatus including the same |
-
2017
- 2017-06-30 RU RU2017123231A patent/RU2684900C2/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU269980A1 (ru) * | Оптическая система для передающих камер цветного телевидения | |||
GB1533798A (en) * | 1975-10-07 | 1978-11-29 | Canon Kk | Optical systems for colour television cameras |
US20030151675A1 (en) * | 2002-02-11 | 2003-08-14 | La Grone Marcus J. | Color correction for RGB |
US20090244717A1 (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-01 | Contrast Optical Design & Engineering, Inc. | Whole beam image splitting system |
US20120050877A1 (en) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | Fujifilm Corporation | Color separating optical system |
EP2850822A1 (en) * | 2012-05-18 | 2015-03-25 | Thomson Licensing | Native three-color images and high dynamic range images |
RU2546982C2 (ru) * | 2013-05-28 | 2015-04-10 | Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") | Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений |
US20170045747A1 (en) * | 2015-08-10 | 2017-02-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Color separation optical system and image pickup apparatus including the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017123231A (ru) | 2019-01-09 |
RU2017123231A3 (ru) | 2019-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108965654B (zh) | 基于单传感器的双光谱摄像机系统和图像处理方法 | |
TWI249950B (en) | Color imaging element and color signal processing circuit | |
EP2343904A1 (en) | Image inputting apparatus | |
US8508633B2 (en) | Image device with color and brightness signal processing | |
KR20100103504A (ko) | 칼라-모자이크 이미저로부터 전정색 응답을 성취하는 방법 및 장치 | |
US7053935B2 (en) | Apparatus and method for accurate electronic color capture and reproduction | |
US20180041719A1 (en) | Imaging apparatus, imaging method, and program | |
JP5186517B2 (ja) | 撮像装置 | |
CN104363434A (zh) | 图像处理设备 | |
RU2013124348A (ru) | Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений | |
JP4874752B2 (ja) | デジタルカメラ | |
US7474339B2 (en) | Image-processing device with a first image sensor and a second image sensor | |
Zhbanova | EVALUATION AND SELECTION OF COLOUR SPACES FOR DIGITAL SYSTEMS. | |
US9972471B2 (en) | Bimode image acquisition device with photocathode | |
JP4049257B2 (ja) | 固体撮像装置及びデジタルカメラ | |
JP5108013B2 (ja) | カラー撮像素子及びこれを用いた撮像装置及びフィルタ | |
RU2684900C2 (ru) | Способ получения сигналов изображения цветного телевидения | |
EP3182691B1 (en) | Method of encoding raw color coordinates provided by a camera representing colors of a scene having two different illuminations | |
TWI543631B (zh) | 適用於雙模式影像裝置的影像處理系統 | |
RU93977U1 (ru) | Многоцветный колориметр | |
US9185377B1 (en) | Color processing system and apparatus | |
Rush et al. | X3 sensor characteristics | |
JP2010245851A (ja) | 固体撮像装置及びホワイトバランス処理方法 | |
JP2005257827A (ja) | フィルタ | |
JP2005323141A (ja) | 撮像装置、カメラ、及び信号処理方法 |