彩色電視基礎

根據人眼的彩色視覺特性，在彩色重現過程中重要的是獲得與原景物相同的彩色感覺，而并不要求還原原景物的光譜。彩色電視系統是按照三基色的原理設計和工作的。三基色原理指出，任何一種彩色都可由另外的三種彩色按不同的比例混合而成。這意味著，如果選定了三種標準基色，則任何一種彩色可以用合成它所需的三種基色的數量來表示。彩色電視系統正是基于人眼機能和三基色原理，設計出了彩色攝像機和顯示器。

圖07-03-1示意了用彩色攝像機攝取景物時，如何把自然景物的彩色分解為R、G、B分量，以及如何重顯自然景物彩色的過程。

圖07-03-1 彩色圖像重現過程

在通常的彩色電視攝像機中，利用三個攝像管分別拾取景物光學圖像中的紅、綠、藍分量來模仿人眼中的三種錐狀細胞，形成彩色電視信號中的紅、綠、藍三個基色分量。加性混色法則構成了CRT顯示器彩色顯示的基本原理。在彩色熒光屏的內表面涂有大量的、由紅綠藍三種顏色為一組組成的熒光粉點。熒光粉是一種受電子轟擊后會發光的化合物，其發光強度取決于電子束的強度。圖像重現時，將接收到的彩色電視信號中的紅、綠、藍分量分別控制三個電子槍轟擊相應顏色的熒光粉點，由于熒光粉點很小，在一定距離觀看時三基色的發光經過人眼的混合作用，使我們看到均勻的混合色。

在彩色電視發展的初期，由于已經存在了相當數量的黑白電視機和黑白電視臺，為了保護消費者和電視臺的利益并擴大彩色電視節目的收視率，要求彩色電視系統的設計必須考慮與已有黑白電視的兼容。為此，在彩色電視系統中不是傳送彩色電視信號中的紅、綠、藍三個基色分量，而是傳送一個亮度分量和二個色差分量。在發送端，亮度分量和色差分量通過對紅、綠、藍三個基色分量的矩陣變換得到；接收端再通過矩陣逆變換還原成三個基色分量顯示。當黑白電視機接收到彩色電視信號時，它只利用其亮度分量實現黑白圖像顯示；而彩色電視機接收黑白電視信號時，它將黑白電視信號當作其亮度信號同樣實現黑白圖像顯示，進而實現彩色電視與黑白電視的上下兼容。在彩色電視中由三種基色R、G、B構成亮度信號的比例關系如下：

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

該式即為電視系統的亮度方程。至于二個色差信號，則是分別傳送紅基色分量和藍基色分量與亮度分量的差值信號，即U 和V。

U = k1(B – Y)

V = k2(R – Y)

k1，k2為加權系數。

這樣對于黑白圖像有：R = G = B ，則 U = 0 ， V = 0。

對于彩色圖像： 代表了圖像的飽和度，U/V代表了圖像的色調。

從數據壓縮的角度來看，我們也希望傳送的是Y、U、V而不是R、G、B，因為Y、U、V之間是解除了一定相關性的三個量。電視系統中的一個重大問題就是如何用一個通道來傳送上述三個信號Y、U、V。對于這三個信號的不同合成方式則形成了PAL制、NTSC制和SECAM制三大不同的彩電制式。這三種制式之間的不同之處在于對色度信號傳送所采取的不同處理方式。