Комплекс четырёхцветного цифрового телевидения Фулл Колорс Российский патент 2020 года по МПК H04N11/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Настоящее изобретение относится к области цветного цифрового телевидения и может быть использовано для передачи и приема телевизионных сигналов вещательного и прикладного телевидения, а также может стать новым способом вывода, транслирования, обработки и хранения видеоинформации в компьютерах, гаджетах, робототехнике, цифровой фотографии, медицине, научных и астрономических наблюдениях.

Уровень техники

К аналогам предлагаемого изобретения относятся аналоговые системы цветного телевидения NTSC, PAL, SECAM и цифровые системы телевидения, имеющие общий принцип преобразования цвета в цветоразностные сигналы и общий принцип воспроизведения цвета из полученных цветоразностных сигналов.

Известно, спектр солнечного луча разлагается трехгранной призмой 1 и проектируется на экране 2, как это показано на фиг. 1, на семь цветов: красный (далее R [от англ. Red)], оранжевый (далее O [от англ. Orange]), желтый (далее Y [от англ. Yellow]), зеленый (далее G [от англ. Green]), голубой (далее C [от англ. Cyan]), синий (далее B [от англ. Blue]) и фиолетовый (далее V [от англ. Violet]). Для справки в таблице фиг. 1 приведены общепринятые значения длин волн каждого цвета, например, голубой цвет это световое излучение с длиной волны от 485 до 500 нм. Пурпурный цвет (далее P [от англ. Purple]) в солнечном свете отсутствует, но он синтезируется путем смешивания красного света с фиолетовым светом.

Известно, в английской радуге шесть цветов, потому что синий и голубой цвет имеют одно название «Blue». В опыте, показанном на рисунке фиг. 1, Исаак Ньютон обнаружил в солнечном свете семь цветов, но голубой назвал синим цветом, синий фиолетовым, а фиолетовый цвет назвал индиго, что приведено в приложении 1. В настоящее время русскому названию «голубой цвет» могут приблизительно соответствовать английские слова Cyan, Sky blue, Light blue, Light sky blue или Aqua. Под названием голубого цвета в разделе «Раскрытие сущности изобретения» применяется английское слово «Cyan», которое переводится с английского как сине-зеленый цвет, то есть лежащий между зеленым и синим спектром семицветной радуги.

Воспринимаемое зрением человека как ощущение чистого красного цвета на самом деле состоит из смеси красного спектра радуги с небольшим добавлением синего спектра, что опубликовано R.W. Burnham, C.J. Barleson в «Color:A Guide to Basic Fasts and Concepts» New York; Jon Wiley 1953. p. 53. Под красным цветом в разделе «Раскрытие сущности изобретения» подразумевается спектр излучений, лежащий между оранжевым и инфракрасным спектром рисунка фиг. 1, без добавления синего спектра.

Все цвета делятся на спектральные, которые перечисляются в таблице на фиг. 1, и на неспектральные цвета, к которым относятся пурпурный цвет, ахроматические цвета с различной яркостью серого цвета, например, белый, а также полухроматические цвета, в которых спектральный (монохроматический) цвет смешан с ахроматическим цветом. Реальные сюжеты видеосъемки, в основном, полухроматические.

Ахроматические цвета белый (далее Wt [от англ. White]) и серый (далее Gr [от англ. Gray]) это сложное оптическое смешение световых волн различной длины. Ахроматический свет синтезируется путем сбалансированного наложения одной или нескольких пар оппонентных цветов. На цветовом круге рисунка фиг. 2 оппонентные цвета располагаются друг против друга. Примеры пар оппонентных цветов: зеленый и пурпурный, красный и голубой, желтый и фиолетовый.

Известен, оптический закон физики «Общая яркость смеси цветов равна сумме яркостей составляющих смеси».

Отсутствие видимого светового излучения от объекта воспринимается зрением человека как черный цвет (далее Bk [от англ. Black]).

Известно, диапазон яркостей реальных сюжетов съемки изменяется от нескольких люмен лунного освещения до 1000000 люмен на пляже, тогда как число градаций яркости, различаемых глазом человека, не превышает 10.

Известно, гипотезы цветового зрения человека на протяжении веков противоречиво изменялись, что раскрыто в приложение 1.

В основу современной трехкомпонентной теории цветного зрения и трехцветного телевидения легли предположения М.В. Ломоносова, Томаса Юнга, Гельмгольца, Уолравена. В сетчатке глаза должны существовать три типа приемников, чувствительных к узким частям спектра красного, зеленого и синего цвета, что подтверждается экспериментами. Этой гипотезе придерживаются в настоящее время большинство ученых. Однако морфология глаза, структура сетчатки и гистология колбочек достаточно хорошо изучены. В сетчатке человека не обнаружены колбочки, имеющие индивидуальную специализацию на разные цвета,

Известны различные способы визуализации цвета, например, в виде локуса, шара, куба, цилиндра, конуса, графическими представлениями цветовых моделей HSB, HLS или, например, независимой от аппаратных средств модели Lab, в которой цвет определяется яркостью и двумя хроматическими компонентами: параметром A, изменяющимся в диапазоне от зеленого до красного и параметром B, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого.

В цифровом цветном телевидении изображение разбивается на точки, называемые пикселями (pixel - picture element), каждая из которых индивидуально характеризуется, насыщенностью, светлотой и цветовым тоном, где

насыщенность (Chroma) (по Марку Д. Фершильду) - это отношение полноты цвета области просмотра к субъективной яркости аналогичной освещенной области, воспринимаемой как белая или высокопрозрачная, где

полнота цвета (Colorfulness) - это атрибут зрительного ощущения, согласно которому область просмотра воспринимается как более или менее хроматичная,

субъективная яркость (Brightness) - это атрибут зрительного ощущения, согласно которому область просмотра воспринимается как испускающая большее или меньшее количество света

или насыщенность (по С. Кравкову) - это степень отличия хроматического цвета от равного ему по светлоте ахроматического (серого) цвета. Иначе, под насыщенностью понимается видимая степень заметности цветового тона в данном хроматическом цвете. При уменьшении насыщенности каждый хроматический цвет приближается к серому,

или Р. Ивенс считает, что насыщенность лучше всего может быть определена как процентное содержание цветового тона в цвете. «В обыденной речи, - пишет он, - насыщенность данного цвета описывается словами «тусклый», «бледный», «слабый» или «сильный» в соединении с названием цветового тона».

или насыщенность (теория цвета) (англ. colorfulness, chroma, saturation) - это интенсивность определенного тона, то есть степень визуального отличия хроматического цвета от равного по светлоте ахроматического (серого) цвета,

или насыщенность - это степень удаленности цвета от серого той же светлоты.

Наиболее насыщенный цвет (монохроматический) образуется при существовании пика излучения на одной длине волны, в то время как более равномерное по спектру излучение будет восприниматься как менее насыщенный цвет.

В разделе «Раскрытие сущности изобретения» насыщенность классифицируется и оценивается следующими словами:

Светлота (Lightness) (по Марку Д. Фершильду) - это субъективная яркость просмотра, оцениваемая относительно субъективной яркости аналогично освещенной поверхности, воспринимаемая как белая или высокопрозрачная

или светлота это степень отличия данного цвета от черного, обычно измеряемая числом порогов различия от данного цвета до черного

или светлотой называется отношение яркости отраженного (или пропущенного) телом светового потока, к яркости падающего на тело светового потока.

или светлота - это светосила цвета, характеризуемая словами "темный" или "светлый",

или светлота - качество, присущее как хроматическим, так и ахроматическим цветам. Ахроматические цвета характеризуются только светлотой. Для ахроматических цветов максимальной светлотой обладает белый цвет, а минимальной светлотой - черный. Любой хроматический цвет может быть сопоставлен по светлоте с ахроматическим цветом. При уменьшении светлоты любой цвет постепенно приближается к черному цвету.

Светлота в разделе «Раскрытие сущности изобретения» классифицируется словами и оценивается в процентах от максимальной яркости пикселя дисплея:

«яркий» или «ярко-» (светлота около 100%),

«светлый» или «светло-» (светлота около 75%),

«мидлый» или «мидлово-» (светлота около 50%) [от англ. middle],

«темный» или «темно-» (светлота около 25%),

«черный» (ахроматический) (светлота около равна 0%).

Цветовой тон (Hue) дает название цвету, это атрибут зрительного ощущения, благодаря которому область просмотра воспринимается подобной одному из восьми цветов

или цветовой тон - это качество цвета, определяемое длиной световой волны λ в нанометрах. Общепринятые диапазоны λ перечислены в таблице на фиг. 1),

Цветовой тон в разделе «Раскрытие сущности изобретения» классифицируется следующими словами и оценивается следующими углами цветового тона γ вектора М (фиг. 10) в градусах, что соответствует длине волны λ в нанометрах:

«красный» (γ=0, λ около 700),

«оранжевый» (γ=45, λ около 610),

«желтый» (γ=90, λ около 580),

«зеленый» (γ=135, λ около 530),

«голубой» (γ=180, λ около 490),

«синий» (γ=225, λ около 460),

«фиолетовый» (γ=270, λ около 410),

«пурпурный» (γ=0 плюс γ=315, λ около 700 плюс λ около 410),

Ахроматический цвет не имеет цветового тона.

Яркость (Brightness) определяет силу света, излучаемой единицей площади светящейся поверхности, расположенной перпендикулярно направлению света. Измеряется в канделах на квадратный метр.

Известно, в основе действующих комплексов аналогового и цифрового цветного телевидения лежит цветовая модель RGB, показанная на рисунке фиг. 3, со способами синтеза желтого цвета путем смешивания красного и зеленого света, синтеза голубого цвета смешиванием зеленого и синего света, а также синтеза пурпурного цвета смешиванием синего и красного света.

Цифровое телевидение основано на принципах преобразования цвета скопированного из трехцветного аналогового телевидения NTSC, PAL и SECAM.

Известны формирователи сигналов:

- АЦП - аналого-цифровой преобразователь из исходного аналогового сигнала вырабатывает соответствующий цифровой сигнал,

- ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь из исходного цифрового сигнала вырабатывает соответствующий аналогового сигнал,

- ИНВЕРТОР - изменяет полярность аналогового сигнала или знак цифрового сигнала.

Известная структурная схема формирования цифрового телевизионного сигнала в цифровой RGB цифровой видеокамере показана на блок-схеме фиг. 4, которая соответствует второму варианту рекомендации ITU-R BT 601. Обычно, преобразователем «свет-сигнал» служит световоспринимающее устройство, которое состоит из набора цветоразделяющих пикселей 3. Пиксели укладываются в строки, а строки в кадры. Три сенсора 4 пикселя 3, например, многосигнального прибора с поверхностно-зарядовой связью (далее ПЗС), светочувствительны ко всем цветам. Но сенсоры защищаются индивидуальными светофильтрами, которые пропускают соответственно красный, зеленый или синий свет. Светофильтр определяет название сенсора. Например, сенсор, защищенный красным светофильтром, называется R-сенсор. Сигналы от сенсоров 4 оцифровываются трехканальным аналогово-цифровым преобразователем 5 (далее АЦП) в сигналы R, G, B, которые в сумматоре 6 складываются в сигнал яркости (далее ΣL). Красный цветоразностный сигнал (далее R_ΣL) рассчитывается в вычитателе 7, где из сигнала R красного сенсора отнимается сигнал яркости ΣL. Аналогично, синий цветоразностный сигнал (далее B_ΣL) рассчитывается в вычитателе 8 по формуле «B_ΣL=B-ΣL». Полученные сигналы ΣL, R_ΣL и B_ΣL поступают в мультиплексор сигнала ЦТС 10, который последовательно формирует цифровой телевизионный сигнал (далее ЦТС). Генератор тактовых импульсов 9 (далее ГТИ) создает набор синхронизирующих импульсов Si, которые необходимы, в частности, для построчной «выборки» пикселей из ПЗС. Цифровые импульсы Si добавляются в ЦТС.

Известно, на приемной стороне преобразователем «сигнал-свет» цветных телевизоров, компьютеров и смартфонов служит дисплей, экран которого состоит из излучающих свет разноцветных точек, сгруппированных в пиксели. Каждый RGB пиксель включает в себя красный, зеленый и синий микроизлучатели. Красный свет пикселя получается при активизации красного микроизлучателя. Аналогично излучается зеленый и синий цвет. Желтый цвет с примесью серого получается при одновременной активизации красного и зеленого микроизлучателей по формуле «Y=R+G». Голубой цвет с примесью серого при одновременной активизации зеленого и синего микроизлучателей по формуле «C=G+B». Пурпурный цвет при одновременной активизации синего и красного микроизлучателей по формуле «P=B+R».

Известны цифровые RGB цветные телевизоры, которые работают на принципе восстановления цвета аналоговых систем NTSC, PAL или SECAM, как показано на блок-схеме фиг. 5. Демультиплексор ЦТС 11 восстанавливает из цифрового телевизионного сигнала красный цветоразностный сигнал R_ΣL, синий цветоразностный сигнал B_ΣL, сигнал яркости ΣL каждого пикселя и синхронизирующие импульсы Si. Сигнал R_ΣL в сумматоре 12 складывается с сигналом ΣL. Полученный красный сигнал R подается через цифро-аналоговый преобразователь 15 (далее ЦАП) на микроизлучатель красного цвета 18 пикселя 17 дисплея 16. Аналогично, сигнал B_ΣL в сумматоре 13 складывается с сигналом ΣL. Полученный синий сигнал B, вычисленный по формуле B=B_ΣL+ΣL, подается через ЦАП на микроизлучатель синего цвета 19. Сила свечения зеленого микроизлучателя 20 определяется в матрице 14 по эмпирической формуле «G=(1-0.51*R-0.19*B)».

Аналоговые системы NTSC, PAL, SECAM отличаются методами трансляции цветоразностных сигналов и способами синхронизации цвета. Например, в NTSC используется метод фазовой квадратурной модуляции одной поднесущей частоты одновременно двумя цветоразностными сигналами, а в SECAM метод частотной модуляции одной поднесущей частоты поочередно красным или синим цветоразностными сигналами.

В аналоговом телевидении яркостный и цветоразностные сигналы транслируются параллельно способом вкладывания цветоразностных сигналов в спектр яркостного сигнала, а в цифровом телевидении транслируется ЦТС, в котором последовательно чередуются красный цветоразностный сигнал, синий цветоразностный сигнал и яркостный сигналы.

Согласно рекомендациям ITU-R BT 601 существует два варианта цифровых RGB видеокамер. В первом варианте из аналоговых сигналов сенсоров пикселя вырабатываются аналоговые цветоразностные сигналы R_ΣL, B_ΣL и аналоговый сигнал яркости ΣL, которые подаются на АЦП и далее на мультиплексор ЦТС.

Во втором варианте сигналы от сенсоров пикселя сразу оцифровываются АЦП и далее обрабатываются в цифровом виде, но с сохранением принципа преобразования цвета аналогичному первому варианту.

Синхронизирующие импульсы Si согласно рекомендации ITU-R BT 601, расположены на нулевом и максимальном уровне ЦТС. Между этими уровнями и внутренними уровнями, которые содержат видеоинформацию, создаются резервные зоны, необходимые на случай выхода ненормированных передаваемых видеосигналов за пределы номинального диапазона. Резервные зоны, как правило, пусты, но для них требуется расширять полосу пропускания ЦТС, что экономически не выгодно.

Существующие комплексы RGB цветного телевидения называются трехцветными, но фактически являются четырехцветными. В качестве четвертого цвета в телевизоре синтезируется пурпурный цвет путем сложения света красного и синего микроизлучателей. Пурпурный цвет оппонентен зеленому цвету и необходим для получения белого цвета. Если учесть, что зеленый цвет занимает большую часть спектра и не передается по каналу связи, а вычисляется в матрице 14 блок-схемы фиг. 5, то становится понятной сложность балансирования белого цвета. Например, при малой яркости серый цвет на экране дисплея склонен приобретать зеленоватый оттенок.

После отказа от электронно-лучевых трубок и внедрения микропроцессоров в конструкцию телевизоров, аппаратная совместимость с прототипами утратила свою актуальность.

Обзор существующих RGB комплексов цветного телевидения позволяет сделать вывод о малой перспективности дальнейшего развития цветного цифрового телевидения на идеях цветного аналогового. Экономически невыгодное разнообразие комплексов телевидения, к тому же отличающиеся частотой кадров, количеством строк в кадре, и многими другими несовместимыми особенностями, наследуемых от региональных прототипов аналогового черно-белого и цветного телевидения, отдаляет перспективу перехода на единый стандарт телевидения. При транскодировании из одной системы в другую начинают проявляться эффекты второго рода. Преимущества, которые дает одна система, не могут быть переданы и использованы в другой.

Но к основным и принципиально неисправимым недостаткам RGB комплексов цветного телевидения относятся отсутствие в цветовой модели фиг. 3 фиолетового цвета, который, по мнению психологов, оказывает сильное воздействие на духовное состояние человека, замена набора спектров натурального красного цвета на фиксированную имитацию красного цвета, а также невозможность получения насыщенных оранжевых, желтых и голубых цветов. Из-за этого на экране телевизора цветоощущение сюжетов съемки искажается. Сознание человека вынуждено домысливать цвета, например голубого неба. В настоящее время эксплуатируются европейская система цифрового телевидения DVB, американская ATSC, японская ISDB, китайская и корейская DMB со многими вариантами, что указывает на недостаточное совершенство каждой из них.

В современных технологиях, такие, как «Тексас Инструментс» традиционные красный, зеленый и синий каналы дополняются еще тремя: голубым, пурпурным и желтым. Мицубиси и Самсунг, чтобы расширить диапазон отображаемых цветов используют эту технологию в некоторых телевизорах. Шарп ввел технологию «Куаттрон», которая привычные составляющие RGB пикселя расширяет четвертым субпикселем желтого цвета.

Наиболее близким аналогом является система SECAM.

Раскрытие сущности изобретения

Комплекс четырехцветного цифрового телевидения Фулл Колорс (далее Комплекс Фулл Колорс) основан на неопубликованной авторской гипотезе Носкова А.Г. (далее гипотеза) о четырехцветной спектральной чувствительности колбочки сетчатки глаза человека. По данной гипотезе, каждая колбочка сетчатки имеет четыре приемника, которые различают красный, желтый, голубой и фиолетовый цвета, причем голубой приемник оппонентен красному приемнику, а фиолетовый приемник оппонентен желтому приемнику. Аддитивные (дополнительные) цвета ощущаются при одновременной активизации двух не оппонентных приемников. Оранжевый цвет ощущается при возбуждении красного и желтого приемников. Зеленый цвет при возбуждении желтого и голубого приемников. Синий цвет при возбуждении голубого и фиолетового приемников. Пурпурный цвет при возбуждении красного и фиолетового приемников. Как следствие, оранжевый цвет оппонентен синему цвету, а зеленый оппонентен пурпурному. Белый цвет это результат сбалансированного возбуждения одной или двух пар оппонетных приемников.

Синтезирование цветов показано на модели цветов Фулл Колорс фиг. 6, где в местах наложения световых пятен прожекторов красного 21, желтого 23, голубого 25 и фиолетового 27 цвета синтезируются аддитивные оранжевый 22, зеленый 24, синий 26 и пурпурный 28 цвета, а в месте сложения света четырех прожекторов синтезируется белый цвет 29.

При альтернативном методе синтезирования цветов световые пятна прожекторов сводятся в одно место, но яркость красного R, желтого Y, голубого C и фиолетового V прожекторов модулируется в соответствии с таблицей синтеза цветов фиг. 7. Формулы модуляции прожекторов при синтезе цветов: «Красный = (R*1+Y*0+C*0+V*0)*100%», «Оранжевый = (R*0.5+Y*0.5+C*0+V*0)*100%», «Желтый = (R*0+Y*1+C*0+V*0)*100%», «Зеленый = (R*0+Y*0.5+C*0.5+V*0)*100%», «Голубой = (R*0+Y*0+C*1+V*0)*100%», «Синий = (R*0+Y*0+C*0.5+V*0.5)*100%», «Фиолетовый = (R*0+Y*0+C*0+V*1)*100%», «Пурпурный = (R*0.5+Y*0+C*0+V*0.5)*100%», «Белый = (R*0.25+Y*0.25+C*0.25+V*0.25)*100%».

Данными формулами, в соответствии с физическим законом яркости смеси цветов, обеспечивается одинаковая яркость цветового пятна у всех синтезированных цветов.

На графике фиг. 8 приведен неопубликованный концепт «Пила цветов зрения человека» (далее концепт) (автор Носков А.Г.), который предсказывает амплитудно-волновую светочувствительность четырех приемников колбочки глаза. Концепт является физической основой принципа цветоразделения Комплекса Фулл Колорс. Фиолетовый свет воспринимается приемником света 30 с уровнем сигнала равным 100% при длине волны, совпадающей с вершиной 27. Аналогично, приемниками голубого 31, желтого 32 и красного 33 света воспринимаются сигналы с амплитудой в 100% на соответствующих вершинах 25, 23 и 21. Ощущение синего цвета возникает в точке 26, в которой графики приемника фиолетового света 30 и приемника голубого света 31 пересекаются на уровне 50%. Ощущение зеленого цвета возникает в точке 24, в которой графики приемника голубого света 31 и желтого света 32 пересекаются на уровне 50%. Ощущение оранжевого цвета возникает в точке 22, в которой графики приемника желтого света 32 и красного света 33 пересекаются на уровне 50%.

Яркости прожекторов по формулам модуляции или уровни сигналов приемников концепта предлагается отражать в ортогональной четырехмерной системе координат «крест цветов» фиг. 9 (далее 4КЦ), у которой все четыре оси лежат в одной плоскости. 4КЦ аналогична «сторонам света» компаса и имеет четыре положительных направления.

В центре 4КЦ располагается нулевая точка 35 (ахроматического) черного цвета.

На «восток» от центра 35 направляется красная ось «Свет R», на которой располагается точка 21 красного цвета с яркостью 100%.

На «север» от центра 35 желтая ось «Свет Y», на которой располагается точка 23 желтого цвета с яркостью 100%.

На «запад» от центра 35 голубая ось «Свет C», на которой располагается точка 25 голубого цвета с яркостью 100%.

На «юг» от центра 35 фиолетовая ось «Свет V», на которой располагается точка 27 фиолетового цвета с яркостью 100%.

Прямыми линиями, соединяющие точки 21, 23, 25 и 27, образуется ромб насыщенности Фулл Колорс 34 фиг. 9 (далее ромб). Периметр ромба представляет собой геометрическое место расположения точек цвета с постоянной насыщенностью равной, для данного случая, 100%.

В середине стороны 21, 23 ромба фиг. 9 находится точка 22 оранжевого цвета. В середине стороны 23, 25 находится точка 24 зеленого цвета. В середине стороны 25, 27 находится точка 26 синего цвета. В середине стороны 27, 21 находится точка 28 пурпурного цвета.

При перемещении по периметру ромба цвета плавно изменяются. Между основными и дополнительными цветами существуют промежуточные цвета, например между зеленым и голубым цветами лежит зелено-голубой цвет, называемый морской волной, а между желтым и зеленым цветами лежит желто-зеленый цвет, называемый салатовым.

Очевидно, для точной передачи цвета необходимо учитывать вышеуказанные особенности цветного зрения человека. Поэтому ромб 34 фиг. 10 Комплексе Фулл Колорс аналогичен ромбу 34 фиг. 9, но точки 21, 23, 25 и 27 имеют значения в одну единицу.

Точка цвета 37 фиг. 10 текущего пикселя, лежащая на периметре ромба 34, описывается вектором М, направленным от центра 4КЦ (точки 35) к точке 37. Углом γ 36 определяется цветовой тон точки 37 в соответствии с таблицей фиг. 11. Например, красному цвету точки 21 соответствует угол цветового тона γ равный нулю, а зеленому цвету точки 24 угол цветового тона γ равный 135 градусам.

Непосредственное транслирование модуля вектора и угла вектора каждого пикселя требует введения конвертора из четырехмерной системы координат 4КЦ в полярную, а в телевизоре обратного преобразования из полярной системы в четырехмерную 4КЦ. Недостатком данного способа является значительное увеличение объема вычислений, как в видеокамере, так и в телевизоре. По этой и другим причинам данный способ далее не рассматривается.

Далее применяется способ передачи характеристик цвета транслированием проекций точки цвета 37 фиг. 10 на две из четырех осей 4КЦ, который является наиболее компактным. Значения проекций насыщенности Nr, Ny, Nc и Nv для цветовых тонов приведены в таблице фиг. 11, где отсутствие проекции точки 37 из данного квадранта 4КЦ на соответствующую ось обозначается нулем. Любая точка цвета, лежащая на периметре ромба 34, подчиняется формуле «Nr+Ny+Nc+Nv=1», где связанные ромбом значения проекции Nr, Ny, Nc и Nv изменяются от нуля до плюс 1 единицы включительно. У сильных (максимально насыщенных и принадлежащих периметру ромба 34) цветов, после подстановки значений Nr, Ny, Nc, Nv из таблицы фиг. 11, формула примет вид, например, для красного «1+0+0+0=1», для оранжевого цвета «0.5+0.5+0+0=1», для желтого цвета «0+1+0+0=1, для зеленого цвета «0+0.5+0.5+0=1», для голубого цвета «0+0+1+0=1», для синего цвета «0+0+0.5+0.5=1», для фиолетового цвета «0+0+0+1=1», для пурпурного цвета «0+0+0.5+0.5=1», для «салатового» желто-зеленого цвета «0+0.75+0.25+0=1» и для зелено-голубого цвета «морская волна» «0+0.25+0.75+0=1».

Ромб обладает следующим свойством. Сумма проекций точки цвета 37 на горизонтальную ось и вертикальную ось 4КЦ всегда равна постоянному числу. Например, для ромба 34, отражающего наиболее насыщенный цвет, постоянное число равно 1 единице. Для ромба 38, отражающего вдвое меньшую насыщенность, постоянное число равно 0,5 единице. Для точки черного цвета 35 постоянное число выродившегося ромба равно нулю. Указанное постоянное число ромба далее называется насыщенностью N.

Далее, под формулой насыщенности Фулл Колорс подразумевается выражение N=Nr+Nc+Ny+Nv. Насыщенность N изменяется от нуля для точки 35 ахроматического цвета в центре 4КЦ до одной единицы для точки 37, если она располагается в любом месте периметра ромба 34 фиг. 10.

В Комплексе Фулл Колорс насыщенность, светлота и цветовой тон точки 37 фиг. 10 транслируется красно-голубым цветоразностным сигналом RΔС и желто-фиолетовым цветоразностным сигналом YΔV, вычисляемые по формулам «RΔС=Nr-Nc» и «YΔV=Ny-Nv». Сигналы RΔС и YΔV содержат информацию о характеристиках цвета в неявном виде. Например, RΔС и YΔV для любого ахроматического цвета, например белого, серого или черного, равны нулю. Для красного цвета RΔС=1 и YΔV=0. Для оранжевого цвета RΔС=0.5 и YΔV=0.5. Для желтого цвета RΔС=0 и YΔV=1. Для зеленого цвета (RΔС=-0.5) и YΔV=0.5. Для голубого цвета (RΔС=-1) и YΔV=0. Для синего цвета (RΔС=-0.5) и (YΔV=-0.5). Для фиолетового цвета RΔС=0 и (YΔV=-1). Для пурпурного цвета RΔС=0.5 и (YΔV=-0.5). Примеры исходных данных и вычисленные значений RΔС и YΔV для сильных цветов приведены в таблице фиг. 11. Отрицательные значения у цветоразностных сигналов необходимы для однозначности трансляции цветового тона цвета.

Яркость для зрения человека доминанта. В Комплексе Фулл Колорс вместо яркости каждого пикселя передается коэффициент светлоты (далее KΔS), вычисляемого по формуле «KΔS=ΣL/PikL», где:

ΣL – сумма сигналов четырех сенсоров пикселя,

PikL – величина, фиксирующая пиковое (максимальное) значение ΣL предыдущего кадра.

В Комплексе Фулл Колорс последовательность красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC, желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV и сигнала коэффициента светлоты KΔS называется цветотриадой Фулл Колорс (далее цветотриада)

На фиг. 12 приведена блок-схема видеокамеры Фулл Колорс, в которой четыре сигнала от цветоразделяющего видеопикселя 3 (далее видеопиксель) световоспринимающего преобразователя «свет-сигнал» преобразуются в цветотриаду. Далее мультиплексор ЦТС 10 из цветотриады и синхронизирующих импульсов Si от ГТИ 9 формирует цифровой телевизионный сигнал.

Принцип работы видеопикселя 3 фиг. 12 рассматривается на примере пикселя ПЗС, состоящего из четырех широкополосных сенсоров, защищенных индивидуальными светофильтрами. Светофильтры имеют характеристики пропускания света аналогичные графикам чувствительности красного 30, желтого 31, голубого 32 и фиолетового 33 приемников концепта, как показано на фиг. 8.

R-сенсор 40 красного света видеопикселя защищается светофильтром, прозрачным для красного и оранжевого света, остальные цвета отсекаются.

C-сенсор 41 голубого света защищается светофильтром, прозрачным для зеленого, голубого и синего света, остальные цвета отсекаются.

Y-сенсор 42 желтого света защищается светофильтром, прозрачным для оранжевого, желтого и зеленого света, остальные цвета отсекаются.

V-сенсор 43 фиолетового света защищается светофильтром, прозрачным для синего и фиолетового света, остальные цвета отсекаются.

В результате светового воздействия в видеопикселе:

от красного света генерируются сигналы в R-сенсоре 40.

от оранжевого света генерируются сигналы в R-сенсоре 40 и в Y-сенсоре 42.

от желтого света генерируются сигналы в Y-сенсоре 42.

от зеленого света генерируются сигналы в С-сенсоре 41 и в Y-сенсоре 42.

от голубого света генерируются сигналы в С-сенсоре 41.

от синего света генерируются сигналы в С-сенсоре 41 в V-сенсоре 43.

от фиолетового света генерируются сигналы в V-сенсоре 43,

от пурпурного света генерируются сигналы в R-сенсоре 40 и в V-сенсоре 43.

От белого (солнечного) света генерируются сигналы одновременно в четырех сенсорах.

Четырехканальный АЦП 44 преобразует аналоговые сигналы от сенсоров видеопикселя в соответствующие цифровые сигналы Sr красного, Sy желтого, Sc голубого и Sv фиолетового каналов. Наличие сигналов в каналах отражается в таблице фиг. 13.

Сигналы в каналах изменяются в широком диапазоне и ограничены уровнем освещения сюжетов съемки, светосилой объектива, чувствительностью сенсоров видеопикселя и характеристиками АЦП.

С целью адаптации реальной яркости объектов к особенностям зрения человека на выходе сумматора каналов 45 фиг. 12 вырабатывается сигнал по формуле «ΣL=Sr+Sy+Sc+Sv». Сигнал ΣL разветвляется на вход пикового детектора яркости 48, на вход «делитель» формирователя 49 красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC, на вход «делитель» формирователя 50 желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV и на вход «делимое» нормализатора яркости 51.

В RC-вычитателе 46 от сигнала Sr красного канала отнимается сигнал Sc голубого канала и вырабатывается сигнал RC. Аналогично, в YV-вычитателе 47 выходной сигнал вычисляется по формуле «YV=Sy-Sv». Выходные сигналы RC-вычитателя 46 и YV-вычитателя 47 направляются на вход «делимое», соответственно, формирователя 49 красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC и формирователя 50 желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV, в которых рассчитываются цветоразностные сигналы цветотриады по формулам

«RΔC=RC/ΣL» и «YΔV=YV/ΣL».

В блок-схеме видеокамеры фиг. 12 яркость сюжетов съемки анализируется независимо от обрабатывания сигналов цвета. В пиковом детекторе яркости 48 значение PikL изменяется с частотой кадров в результате покадрового анализа пиковых (максимальных) значений ΣL каждого пикселя предыдущего кадра (или нескольких предыдущих кадров).

Алгоритм анализа изображения различает и обходит небольшие очень яркие объекты, например, свет фар автомобилей, уличные фонари, солнце и, наоборот, для астрономических наблюдений привязывается к яркости наблюдаемой звезды. Выходной сигнал PikL изменяется перед началом кадра и остается неизменным до окончания текущего кадра.

Если в видеокамере из-за особенностей видеосюжета от кадра к кадру сигнал PikL начнет хаотично изменяться, то на дисплее телевизора, яркость кадра станет «мигать». Для борьбы с эффектом раздражающего изменения яркости кадра, в пиковом детекторе яркости 48 пиковые значения PikL нескольких предыдущих кадров интегрируются (складываются) и делятся на количество проинтегрированных кадров, например, в период времени 100 кадров.

Синхронизирующие импульсы Si от ГТИ 9 используются видеопикселем 3 ПЗС, пиковым детектором яркости 48 и мультиплексором ЦТС 10 для организации своей работы.

В нормализаторе яркости 51 рассчитывается нормализированная яркость по формуле «KL=ΣL/PikL».

В отдельных случаях нормализированная яркость KL может принимать увеличенные значения, для пропускания которых в стволе линии связи потребуется нежелательный запас полосы пропускания. Поэтому в ограничителе яркости 52 сигнал KL сравнивается с оптимальным уровнем ограничения Uo. Ограничитель яркости 52 работает по логической формуле «Если KL меньше Uo, то KΔS=KL, иначе KΔS=Uo». Таким образом, выходной сигнал KΔS ограничителя яркости 52 не превышает оптимального уровня ограничения Uo.

В Комплексе Фулл Колорс уровень ограничения Uo принимается равным 1 единице. Ограничение коэффициента светлоты KΔS не искажает значение насыщенности и цветового тона пикселя дисплея телевизора. Например, при значении KΔS равным единице яркость красного, желтого, голубого или фиолетового микроизлучателей достигает своего физического максимального значения. Дальнейшее увеличение сигнала KΔS может привески к искажению цвета.

При воспроизведении белого цвета яркость каждого из четырех микроизлучателей не превышает 0.25 от физического максимального значения, но оптическое суммирование яркостей обеспечивает равную яркость белого и монохроматических цветов.

В особых случаях, например для астрономических наблюдений, увеличение оптимального уровня ограничения до 2, включительно, позволяет записывать особо яркие оранжевые, зеленые, синие и пурпурные цвета, а увеличение оптимального уровня ограничения до 4 включительно, позволяет записывать ослепительно белые цвета. Но при воспроизведении или компьютерном анализе записи необходимо учитывать возможные искажения цветов в зрении человека.

Сформированные сигналы RΔC, YΔV и KΔS цветотриады и синхронизирующие импульсы Si от ГТИ 9, поступают на входа мультиплексора ЦТС 10 фиг 12, который последовательно формирует цифровой телевизионный сигнал.

Цветотриада сигналов RΔC, YΔV и KΔS на фиг. 14 показывается в трехмерной декартовой системе координат. Биполярный ромб 39 фиг. 14 отличается от ромба 34 фиг. 10 и отрицательным значением голубого и фиолетового цвета.

На красно-голубой «оси RC» откладывается биполярный красно-голубой цветоразностный сигнал RΔC, который изменяется от минус одной единицы включительно для голубого цвета через ноль для ахроматического цвета до плюс одной единицы включительно для красного цвета.

На желто-фиолетовой «оси YV» откладывается биполярный желто-фиолетовый цветоразностный сигнал YΔV, который изменяется от минус одной единицы включительно для фиолетового цвета через ноль для ахроматического цвета до плюс одной единицы включительно для желтого цвета.

На вертикальной «оси Gr» (оси серого цвета) откладывается однополярный коэффициент светлости KΔS. При изменении KΔS от нуля для черного цвета до одной единицы для яркого цвета биполярный ромб 39, не меняя своих размеров и горизонтального расположения, отрывается от плоскости «ось RC», «ось YV» и поднимается вверх до показанного положения при KΔS равному 1 единице. При этом ахроматическая точка в центре биполярного ромба изменяет свой цвет от черного цвета (в точке 35) через оттенки серого до белого цвета (в точке 29).

Примеры значений цветоразностных сигналов, в зависимости от цветового тона, приведены в колонках RΔС и YΔV таблицы фиг. 11.

На фиг. 15 показан вариант четырехцветного излучающего пикселя дисплея телевизора Фулл Колорс. Пиксель дисплея состоит из микроизлучателей красного 53, желтого 54, голубого 55 и фиолетового 56 света. Итоговый цвет свечения пикселя зависит от интенсивности работы микроизлучателей.

При активизации одного красного, желтого, голубого или фиолетового микроизлучателя получается соответствующий свет пикселя.

При активизации красного и желтого микроизлучателей свет пикселя оранжевый.

При активизации желтого и голубого микроизлучателей свет пикселя зеленый.

При активизации голубого и фиолетового микроизлучателей свет пикселя синий.

При активизации фиолетового и красного микроизлучателей свет пикселя пурпурный.

При одновременной активизации красного, желтого, голубого и фиолетового микроизлучателей, а также красного и голубого или желтого и фиолетового микроизлучателей свет пикселя ахроматический белый.

Деактивизация всех микроизлучателей пикселя на фоне других светящихся пикселей воспринимается как черный цвет. Зависимость цвета пикселя дисплея от яркости микроизлучателей приведена в таблице фиг. 16.

Блок-схема телевизора Фулл Колорс (далее телевизор) показана на фиг. 17. Телевизор преобразует сигнал ЦТС в яркость микроизлучателей пикселя дисплея 77 дисплея 76 фиг. 17, который показан на фиг. 15.

Демультиплексор ЦТС 11 восстанавливает из ЦТС сигналы RΔC, YΔV и KΔS цветотриады и синхронизирующие импульсы Si.

Биполярный красно-голубой цветоразностный сигнал RΔC цветотриады разветвляется к демультиплексору красно-голубого сигнала 59 и к формирователю флага красного цвета 57. Выходной сигнал Fr формирователя флага устанавливается в булево значение «Ложь», если сигнал RΔC меньше нуля, иначе Fr «Истина». При Fr «Истина» сигнал RΔC направляется демультиплексором красно-голубого сигнала 59 на выход Nr красной насыщенности цвета, иначе отрицательный сигнал RΔC переключается на вход инвертора голубого 61. На выходе инвертора 61 формируется Nc голубая насыщенность.

Аналогично, биполярный желто-фиолетовый цветоразностный сигнал YΔV цветотриады разветвляется к демультиплексору желто-фиолетового сигнала 60 и к формирователю флага желтого цвета Fy 58. Выходной сигнал Fy формирователя флага устанавливается в булево значение «Ложь», если сигнал YΔV меньше нуля, иначе Fy «Истина». При Fy «Истина» сигнал YΔV направляется демультиплексором желто-фиолетового сигнала 60 на выход Ny насыщенности желтого цвета, иначе отрицательный сигнал YΔV переключается на вход инвертора фиолетового 62. На выходе инвертора 62 формируется Nv насыщенность фиолетового цвета.

Сигналы неактивных выходов демультиплексоров 59 и 60 всегда равны нулю.

В матрице насыщенности 63 фиг. 17 по формуле насыщенности Фулл Колорс «N=Nr+Ny+Nc+Nv» рассчитывается насыщенность.

В формирователе полухроматического красного 64 по формуле «Rƒ=Nr+(1-N)/4» рассчитывается полухроматический красный.

В формирователе полухроматического голубого 65 по формуле «Cƒ=Nc+(1-N)/4» рассчитывается полухроматический голубой.

В формирователе полухроматического желтого 66 по формуле «Yƒ=Ny+(1-N)/4» рассчитывается полухроматический желтый.

формирователе полухроматического фиолетового 67 по формуле «Vƒ=Nv+(1-N)/4» рассчитывается полухроматический фиолетовый.

Сформированные сигналы Rƒ, Cƒ, Yƒ и Vƒ поступают на соответствующие модуляторы яркости 68, 69, 70 и 71, в которых сигналы полухроматических цветов умножаются на коэффициент светлоты KΔS цветотриады по соответствующим формулам «Rƒ*KΔS», «Cƒ*KΔS», «Yƒ*KΔS» и «Vƒ*KΔS». Полученные модулированные полухроматические сигналы через цифро-аналоговые преобразователи 72, 73, 74 и 75 управляют яркостью свечения соответствующих микроизлучателей красного 53, голубого 55, желтого 54 и фиолетового 56 пикселя дисплея 77 телевизора.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Разложение спектра натурального солнечного света на семь составляющих цветов семицветной радуги, где 1 - светопереломляющая призма, 2 – светотражающий экран. В таблице приведены общепринятые длины волн цветов в нанометрах и соответствующие названия цветов на английском языке. Невидимый инфракрасный цвет имеет длину волны более 740 нм.

Фиг. 2. Цветовой круг, состоящий из восьми цветовых тонов, в котором белый свет синтезируется противолежащими оппонентными цветами.

Фиг. 3. Цветовая модель RGB существующих комплексов цветного телевидения, где световые пятна красного [λ=700 нм], зеленого [λ=546,1 нм] и синего [λ=435,8 нм] цвета, попарно смешиваясь друг с другом, синтезируют желтый, голубой или пурпурный цвета, а смешиваясь в центре, воспринимаются зрением человека как ахроматический белый цвет. В квадратных скобках приведены длины волн, которые в 1931 г. Международная комиссия по освещению стандартизовала в качестве основных цветов.

Фиг. 4. Блок-схема RGB цветной цифровой видеокамеры, основанная на принципе преобразования цвета и яркости аналоговых систем NTSC, PAL или SECAM, где 3 - цветоразделяющий пиксель световоспринимающего преобразователя «свет-сигнал», 4 - красный, зеленый и синий сенсоры пикселя, 5 - трехканальный аналогово-цифровой преобразователь, 6 - ΣL сумматор сигналов красного R, зеленого G и синего B, 7 - вычитатель из красного сигнала R сигнала ΣL, 8 - вычитатель из синего сигнала B сигнала ΣL, 9 - генератор тактовых импульсов, 10 – мультиплексор сигнала ЦТС, ΣL - сигнал яркости, R_ΣL - красный цветоразностный сигнал, B_ΣL – синий цветоразностный сигнал, Si – синхронизирующие импульсы, ЦТС - цифровой телевизионный сигнал.

Фиг. 5. Блок-схема RGB цветного цифрового телевизора, где 11 – демультиплексор сигнала ЦТС, 12 - сумматор красного канала, 13 - сумматор синего канала, 14 - матрица вычисления сигнала зеленого канала, 15 - цифро-аналоговые преобразователи, 16 - дисплей, 17 - светоизлучающий RGB пиксель дисплея, 18 - микроизлучатель красного света, 19 - микроизлучатель синего света, 20 - микроизлучатель зеленого света, ΣL - сигнал яркости, R_ΣL - красный цветоразностный сигнал, B_ΣL - синий цветоразностный сигнал, Si - синхронизирующие импульсы, ЦТС - цифровой телевизионный сигнал..

Фиг. 6. Модель цветов Фулл Колорс, показывающая результат полусовмещенного наложения световых пятен красного 21, желтого 23, голубого 25 и фиолетового 27 прожекторов, где цвета от наложения двух прожекторов: 22 - оранжевый цвет, 24 - зеленый цвет, 26 - синий цвет, 28 - пурпурный цвет, цвета от наложения трех прожекторов: светло-фиолетовый, светло-голубой, светло-желтый, светло-красный и цвет от наложения четырех прожекторов: 29 - ахроматический белый цвет. Белый цвет 29 синтезируется также при наложении света красного 21 и голубого 25 прожекторов или желтого 23 и фиолетового 27 прожекторов.

Фиг. 7. Таблица синтеза цветов способом совмещенного наложения прожекторов (сведения четырех прожекторов в одно световое пятно) и модулирования их яркости с целью воспроизведения монохроматических цветов одинаковой яркости, где «Прожектор R» - прожектор красного света, «Прожектор Y» - желтого света, «Прожектор C» - голубого света, «Прожектор V» - фиолетового света, для которых 100% соответствует максимальной яркости, 50% - половинной яркости, 0% - прожектор выключен, в колонке «Цвета» после названия цвета в скобках приведен номер обозначения цвета на фиг. 6.

Фиг. 8. Концепт «Пила цветов зрения человека», отражающий гипотезу о четырехцветной спектральной чувствительности колбочки сетчатки глаза человека, где 30 - график чувствительности приемника фиолетового света, 31 - график чувствительности приемника голубого света, 32 - график чувствительности приемника желтого света, 33 - график чувствительности приемника красного света,

21 - точка красного цвета с амплитудами [V=0, C=0, Y=0, R=100],

22 - точка оранжевого цвета с амплитудами [V=0, C=0, Y=50, R=50],

23 - точка желтого цвета с амплитудами [V=0, C=0, Y=100, R=0],

24 - точка зеленого цвета с амплитудами [V=0, C=50, Y=50, R=0],

25 - точка голубого цвета с амплитудами [V=0, C=100, Y=0, R=0],

26 - точка синего цвета с амплитудами [V=50, C=50, Y=0, R=0],

27 - точка фиолетового цвета с амплитудами [V=100, C=0, Y=0, R=0],

Координата А - амплитуда сигнала приемника света в процентах,

Координата λ - длина волны в нм.

Фиг. 9. Ромб насыщенности Фулл Колорс в ортогональных четырехмерных координатах «крест цветов» с осями красного, желтого, голубого и фиолетового света, расположенными в одной плоскости, где

34 - ромб,

21 - точка красного света с яркостью 100%,

22 - точка оранжевого цвета с яркостью красного света 50% и яркостью желтого света 50%,

23 - точка желтого света с яркостью 100%,

24 - точка аддитивного зеленого цвета с яркостью желтого света 50% и яркостью голубого света 50%,

25 - точка голубого света с яркостью 100%,

26 - точка аддитивного синего цвета с яркостью голубого света 50% и яркостью фиолетового света 50%,

27 - точка с яркостью фиолетового света равная 100%,

28 - точка аддитивного пурпурного цвета с яркостью красного света 50% и яркостью фиолетового света 50%,

35 - точка (ахроматического) черного цвета с яркостью ноль %,

«Свет R» - ось яркости красного света,

«Свет Y» - ось яркости желтого цвета,

«Свет C» - ось яркости голубого света,

«Свет V» - ось яркости фиолетового света.

На периметре ромба 34 располагаются точки цвета с насыщенностью 100%.

Фиг. 10. Точки цвета на периметре ромбов с различной насыщенностью,

где названия точек от 21 по 28 соответствуют фиг. 9, 34 - ромб с насыщенностью 1 (100%), 35 - точка ахроматического черного цвета, 36 - угол цветового тона γ вектора М, 37 - точка цвета, на которую указывает вектор М насыщенности цвета, 38 - ромб с насыщенностью 0.5 (50%), свет R - ось яркости красного цвета, свет Y - ось яркости желтого цвета, свет C - ось яркости голубого цвета, свет V - ось яркости фиолетового цвета,

Nr - проекция точки цвета 37 на ось «свет R», при нахождении точки 37 в первом или в четвертом квадранте,

Ny - проекция точки цвета 37 на ось «свет Y», при нахождении точки 37 в первом квадранте или втором квадранте,

Nc - проекция точки цвета на ось «свет C» при нахождении точки 37 во втором или в третьем квадранте,

Nv - проекция точки цвета на ось «свет V» при нахождении точки 37 в третьем или в четвертом квадранте.

На периметре ромба 34 располагаются точки цвета с насыщенностью 1.

На периметре ромба 38 располагаются точки цвета с насыщенностью 0.5.

Фиг. 11. Таблица точек цвета периметра ромба 38 фиг. 10, где одна единица на оси 4КЦ равна максимальной насыщенности красного 21, желтого 23, голубого 25 или фиолетового 27 цвета фиг. 10, где

Nr - значение проекции точки 37 на красную ось,

Nc - значение проекции 37 на голубую ось,

Ny - значение проекции 37 на желтую ось,

Nv - значение проекции 37 на фиолетовую ось

Нулевое значение Nr, Nc, Ny или Nv обозначает отсутствие проекции на данную ось.

N - значение насыщенности ромба, на котором находится точка 37, которая перемещается по периметру ромба 38.

Насыщенность вычисляется по формуле «N=Nr+Ny+Nc+Nv»,

γ - угол цветового тона 36 вектора М точки 37 фиг. 10,

RΔC - цветоразностный сигнал биполярного ромба 39 фиг. 14 по формуле «Nr-Nc»,

YΔV - цветоразностный сигнал биполярного ромба 39 фиг. 14 по формуле «Ny-Nv».

Фиг. 12. Блок–схема видеокамеры Фулл Колорс, где 3 - цветоразделяющий видеопиксель световоспринимающего преобразователя «свет-сигнал» (далее видеопиксель), 9 - генератор тактовых импульсов, 10 - мультиплексор ЦТС, 40 – R-сенсор красного света, 41 - C-сенсор голубого света, 42 - Y-сенсор желтого света, 43 – V-сенсор фиолетового света, 44 - четырехканальный аналогово-цифровой преобразователь, 45 - сумматор каналов, 46 - RC вычитатель, 47 - YV вычитатель, 48 - пиковый детектор яркости, 49 - формирователь красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC, 50 - формирователь желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV, 51 - нормализатор яркости, 52 - формирователь-ограничитель, Si - синхронизирующие импульсы, Sr - цифровой сигнал красного канала, Sc - цифровой сигнал голубого канала, Sy - цифровой сигнал желтого канала, Sv - цифровой сигнал фиолетового канала, ΣL - арифметическая сумма сигналов Sr, Sc, Sy и Sy, PikL - пиковая величина сигналов ΣL предыдущего кадра, RΔC - красно-голубой цветоразностный сигнал, YΔV - желто-фиолетовый цветоразностный сигнал, KL - сигнал нормализированной яркости, KΔS - сигнал коэффициента светлоты, ЦТС - цифровой телевизионный сигнал.

Фиг. 13. Наличие сигналов Sr в красном, Sy в желтом, Sc в голубом и Sv в фиолетовом каналах видеокамеры фиг. 12 при освещении видеопикселя светом цветов, указанных в строках таблицы, где знаком «плюс» обозначается факт генерации сигнала, иначе сигнал равен нулю.

Фиг. 14. Цветотриада Фулл Колорс, состоящая из биполярного красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC, откладываемого на красно-голубой «Оси RC», биполярного желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV, откладываемого на желто-фиолетовой «Оси YV» и однополярного коэффициента светлоты KΔS, откладываемого на серой «Оси Gr», в трехмерной декартовой системе координат, где 35 - точка черного цвета, 39 - биполярный ромб при KΔS=0, причем названия точек цвета с 21 по 28 соответствуют фиг. 10, но знаки и значения этих точек приведены в колонках RΔC и YΔV таблицы фиг. 11. При изменении KΔS от нуля до единицы биполярный ромб перемещается по вертикали вдоль «оси Gr» не меняя своего масштаба и горизонтального положения.

Фиг. 15. Пример светоизлучающего пикселя дисплея телевизора, где 53 - микроизлучатель красного света с максимальным значением яркости в точке 21 на оси «Свет R» фиг. 9, 54 - микроизлучатель желтого света, с максимальным значением яркости в точке 23 на оси «Свет Y» фиг. 9, 55 - микроизлучатель голубого света с максимальным значением яркости в точке 25 на оси «Свет C» фиг. 9, 56 - микроизлучатель фиолетового света, с максимальным значением яркости в точке 27 на оси «Свет V» фиг. 9.

Фиг. 16. Таблица синтеза цветов микроизлучателями светоизлучающего пикселя дисплея фиг. 15, где Х обозначает выключенное состояние микроизлучателя, 50% - половинную яркость микроизлучателя, 100% - максимальную яркость свечения микроизлучателя.

Фиг. 17. Блок-схема телевизора Фулл Колорс, где 11 - демультиплексор ЦТС, 53 - микроизлучатель красного света, 54 - микроизлучатель желтого света, 55 - микроизлучатель голубого света, 56 - микроизлучатель фиолетового света, 57 - формирователь флага красного цвета, 58 - формирователь флага желтого цвета, 59 - демультиплексор красно-голубого сигнала, 60 - демультиплексор желто-фиолетового сигнала, 61 - инвертор голубого, 62 - инвертор фиолетового, 63 - матрица насыщенности, 64 - формирователь полухроматического красного, 65 - формирователь полухроматического голубого, 66 - формирователь полухроматического желтого, 67 - формирователь полухроматического фиолетового, 68 - модулятор яркости красного, 69 - модулятор яркости голубого, 70 - модулятор яркости желтого, 71 - модулятор яркости фиолетового, 72 - ЦАП красного, 73 - ЦАП голубого, 74 - ЦАП желтого и 75 - ЦАП фиолетового, 76 - дисплей, 77 - светоизлучающий пиксель дисплея, Si - синхронизирующие импульсы, RΔC - красно-голубой цветоразностный сигнал, YΔV - желто-фиолетовый цветоразностный сигнал, KΔS - сигнал коэффициента светлоты, Fr - флаг красного цвета, Fy - флаг желтого цвета, Nr - сигнал насыщенности красного, Ny - сигнал насыщенности желтого, Nc - сигнал насыщенности голубого, Nv - сигнал насыщенности фиолетового, N – сигнал насыщенности, Rƒ - сигнал полухроматического красного, Cƒ - сигнал полухроматического голубого, Yƒ - сигнал полухроматического желтого, Vƒ - сигнал полухроматического фиолетового.

Фиг. 18. Электронная таблица проверки работоспособности Комплекса Фулл Колорс, на которой проверялись и отрабатывались формулы преобразования сигналов, где сигналы от красного 40, голубого 41, желтого 42 и фиолетового 43 сенсоров видеопикселя 3 видеокамеры (блок-схеме фиг. 12) имитируются ручным вводом в ячейки E4, E5, E6 и E7,

сигнал PikL пикового детектора яркости в ячейке E10 либо рассчитывается автоматически по формуле E10=E9, либо имитируются ручным вводом в ячейку E10,

телевизор получает от видеокамеры цветотриаду, состоящую из сигнала коэффициента светлоты KΔS (на ячейку D17), красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC (на ячейку D19), желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV (на ячейку D20),

насыщенность, светлота и цветовой тон пикселя дисплея телевизора определяется сочетанием яркости свечения микроизлучателей в процентах:

для желтого микроизлучателя, приведенной в ячейке J16,

для красного микроизлучателя, приведенной в ячейке K17,

для голубого микроизлучателя, приведенной в ячейке I17,

для фиолетового микроизлучателя, приведенной в ячейке J18.

Насыщенность цвета пикселя вычисляется в ячейке G18 и выводится в ячейку L20 в процентах.

Светлота цвета пикселя выводится в ячейку L21 в процентах.

Название цветового тона выводится в ячейку L22.

Цифровые данные сенсоров видеопикселя в ячейках электронной таблице фиг. 18 соответствуют освещению видеопикселя 3 фиг. 12 монохромным зеленым светом.

Фиг. 19 Формулы ячеек электронной таблицы фиг. 18.

Фиг. 20. Цифровые значения электронной таблицы фиг. 18 при имитации освещения видеопикселя светом ахроматических цветов различной светлоты, где R-сенсор, С-сенсор, Y-сенсор, V-сенсор - ячейки, в которые вводятся значения имитации сигналов R-сенсора красного света 40, C-сенсора голубого света 41, Y-сенсора желтого света 42 и V-сенсора фиолетового света 43 видеопикселя 3 видеокамеры и PikL - ячейка имитации сигнала выхода пикового детектора яркости 48 блок-схемы фиг. 12, рассчитанная по формуле (PikL = «R-сенсор»+«С-сенсор» + «Y-сенсор» + «V-сенсор»), цветотриада фиг. 14, состоящая из сигналов RΔC, YΔV и KΔS, R - яркость (на оси «свет R») красного микроизлучателя [ячейка K17] фиг. 18, C - яркость (на оси «свет C») голубого микроизлучателя [ячейка I17], Y - яркость (на оси «свет Y») желтого микроизлучателя [ячейка J16] и V - яркость (на оси «свет V») фиолетового микроизлучателя [ячейка J18] пикселя дисплея телевизора в процентах от максимальной яркости каждого микроизлучателей, N - насыщенность в процентах, S - светлота в процентах, γ - значения угла цветового тона 36 фиг. 10, График - условное обозначение чертежа на фиг. 23

Фиг. 21 Цифровые значения сигналов электронной таблицы фиг. 18 при имитации освещения видеопикселя светом монохроматических цветов, где обозначения колонок аналогичны обозначениям колонок фиг. 20. График - условное обозначение чертежа на фиг. 24.

Фиг. 22. Цифровые значения сигналов электронной таблицы фиг. 18 при имитации освещения видеопикселя светом полухроматических цветов, состоящих из смеси монохроматического и ахроматического, где обозначения колонок аналогичны обозначениям колонок фиг. 20. График - условное обозначение чертежа на фиг. 25.

Фиг. 23. Графики ахроматических цветов, с нулевой насыщенностью и различной светлотой S, где лепестки яркости (толстые линии) четырех микроизлучателей пикселя дисплея в 4КЦ показаны на чертежах

а) ахроматический яркий цвет {S=100} (белый цвет), фиг. 23а),

при уровне освещенности объекта видеосъемки от 5 единиц освещенности до 999999 условных единиц освещения,

б) ахроматический светлый цвет {S=75} (светло-серый цвет), фиг. 23б),

в) ахроматический мидловый цвет {S=50} (серый цвет), фиг. 23в),

г) ахроматический темный цвет {S=25} (темно-серый цвет). фиг. 23г),

Пример ахроматического черного цвета {S=0} показан в точке 35 фиг. 26.

Значения яркости микроизлучателей приведены в таблице фиг. 20 в колонках R, Y, C и V. Название цвета «мидловый» обозначает цвет средней яркости.

Фиг. 24 Графики монохроматических цветов, с насыщенность 100% и светлотой 100% и с различными цветовыми тонами, где лепестки яркости (толстые линии) четырех микроизлучателей пикселя дисплея в 4КЦ показаны на чертежах

а) сильный ярко-красный цвет с углом цветового тона ноль градусов,

б) сильный ярко-оранжевый цвет с углом цветового тона 45 градусов,

в) сильный ярко-желтый цвет с углом цветового тона 90 градусов,

г) сильный ярко-зеленый цвет с углом цветового тона 135 градусов,

д) сильный ярко-голубой цвет с углом цветового тона 180 градусов,

е) сильный ярко-синий цвет с углом цветового тона 225 градусов,

ж) сильный ярко-фиолетовый цвет с углом цветового тона 270 градусов,

и) сильный ярко-пурпурный цвет с углом цветового тона 315 градусов.

Значения яркости микроизлучателей приведены в таблице фиг. 21 в колонках R, Y, C и V.

Фиг. 25 Графики полухроматических цветов, с насыщенностью N в процентах и с углом цветового тона γ в градусах, где лепестки яркости (толстые линии) четырех микроизлучателей пикселя дисплея в 4КЦ показаны на чертежах

а) слабый яркий голубовато-зеленый цвет (N=75, S=100, γ=165),

б) слабый светло синий цвет (N=75, S=75, γ=225),

в) слабый мидловый желто-зеленый цвет (N=75, S=50, γ=105),

г) слабый темно-красный цвет (N=75, S=25, γ=0),

д) бледный ярко-желтый цвет (N=50, S=100, γ=90),

е) бледный светло-оранжевый цвет (N=50, S=75, γ=45),

ж) бледный мидлово-фиолетовый цвет (N=50, S=50, γ=270),

и) бледный темно-синий цвет (N=50, S=25, γ=225),

Значения яркости микроизлучателей приведены в таблице фиг. 22 в колонках R, Y, C и V.

Фиг. 26 Световые пирамиды Фулл Колорс в пятимерной системе координат 5КЦ с примерами лепестков яркости на вертикальной «оси GR» (оси черного, серого и белого цвета) с насыщенностью N в процентах, светлотой S в процентах и с углом цветового тона γ в градусах, где

А) Пирамида с сильными цветами, в основании которой лежит ромб 34, имеющий насыщенность 100 процентов. Цвета различаются по светлоте и углу цветового тона, где

78 - сильный ярко-красный цвет {N=100, S=100, γ=0}, фиг. 24 а),

79 - сильный светло-голубой цвет {N=100, S=75, γ=180},

80 - сильный мидлово-зеленый цвет {N=100, S=50, γ=135},

81 - сильный темно-пурпурный {N=100, S=25, γ=315},

Значения яркости микроизлучателей приведены в таблице фиг. 22 в колонках R, Y, C и V.

Б) Пирамида с ахроматическими цветами различной светлотой и с насыщенностью ноль процентов (т.е. с вырожденным ромбом в основании). Понятия угла цветового тона γ для ахроматического цвета не существует. Светлота определяет цвет, где

82 - ахроматический яркий (белый цвет) {N=0, S=100},

83 - ахроматический светлый (светло-серый цвет) {N=0, S=75},

84 - ахроматический мидловый (серый цвет) {N=0, S=50},

85 - ахроматический темный (темно-серый цвет) {N=0, S=25}.

Значения яркости микроизлучателей получены из таблицы фиг. 20.

Фиг. 27 Световые пирамиды Фулл Колорс в пятимерной системе координат 5КЦ с примерами лепестков яркости на вертикальной «оси GR» (оси черного, серого и белого цвета) с насыщенностью N в процентах, светлотой S в процентах и с углом цветового тона γ в градусах, где

А) Пирамида со слабыми цветами, в основании которой лежит ромб, имеющий насыщенность 75 процентов. Цвета различаются по светлоте и углу цветового тона, где

87 - слабый яркий голубовато-зеленый цвет {N=75, S=100, γ=165}, фиг. 25а),

88 - слабый светло-синий цвет {N=75, S=75, γ=225}, фиг. 25б),

89 - слабый мидловый желто-зеленый цвет {N=75, S=50, γ=105}, фиг. 25в),

90 - слабый темно-красный цвет {N=75, S=25, γ=0}, фиг. 25г),

Б) Пирамида с бледными цветами, в основании которой лежит ромб, имеющий насыщенность 50 процентов. Цвета различаются по светлоте и углу цветового тона, где

87 - бледный яркий желтый цвет {N=50, S=100, γ=90}, фиг. 25 д),

88 - бледный светло-оранжевый цвет {N=50, S=75, γ=45}, фиг. 25е),

89 - бледный мидлово-фиолетовый цвет {N=50, S=50, γ=270}, фиг. 25ж),

90 - бледный темно-синий цвет {N=05, S=25, γ=225}, фиг. 25и),

Часть названия цвета «мидлово-» обозначает цвет с средней яркостью.

Значения характеристик цвета микроизлучателей получены из таблицы фиг. 22.

Фиг. 28. Таблица взаимного соответствия цвета свечения микроизлучателей светоизлучающего трехцветного пикселя 17 дисплея телевизора по блок-схеме фиг. 5 систем NTSC, PAL и SECAM и цвета свечения микроизлучателей четырехцветного светоизлучающего пикселя дисплея 77 телевизора Комплекса Фулл Колорс по блок-схеме фиг. 17, где знак «плюс» обозначает активизацию соответствующего микроизлучателя пикселя дисплея.

Осуществление изобретения

Взаимодействие видеокамеры по блок-схеме фиг. 12 и телевизора по блок-схеме фиг. 17 комплекса Фулл Колорс через цветотриаду фиг. 14 исследуется в электронной таблице проверки работоспособности Комплекса Фулл Колорс фиг. 18. Формулы ячеек электронной таблицы перечислены на фиг. 19. Данной информации достаточно для самостоятельного воспроизведения работы электронной таблицы фиг. 18.

В видеокамере, выполненной по алгоритму блок-схемы фиг. 12, исходные сигналы, имитирующие работу сенсоров 40, 41, 42 и 43, вводятся вручную [в ячейки E4, E5, E6 и E7]. Значение PikL [в ячейке E9] рассчитывается автоматически для цветов со 100% светлотой по формуле PikL=ΣL или для имитации цветов с меньшей светлотой вводится вручную. Сигналы сенсоров видеопикселя преобразуются в цветотриаду [в ячейках P4, P6 и P8], состоящую из сигналов RΔC, YΔV и KΔS фиг. 14.

В телевизоре, выполненном по алгоритму блок-схемы фиг. 17, яркость микроизлучателей 53, 54, 55 и 56 пикселя фиг. 15 и пикселя 76 дисплея фиг. 17 [ячейки K17, J16, I17 и J18] управляется входной цветотриадой, состоящей из коэффициента светлоты KΔS [в ячейке D17], красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC [в ячейке D19] и желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV [в ячейке D20]), полученной от «видеокамеры» электронной таблицы фиг. 17.

Насыщенность, светлота и цветовой тон пикселя дисплея телевизора определяется сочетанием яркости свечения его микроизлучателей в процентах приведенной:

для красного микроизлучателя [в ячейке K17],

для желтого микроизлучателя [в ячейке J16],

для голубого микроизлучателя [в ячейке I17],

для фиолетового микроизлучателя [в ячейке J20].

Справочная информация о светлоте [в ячейке L21] и об общей яркости пикселя [в ячейке L20] пересчитана в проценты. Название автоматически вычисленного цветового тона (названия цвета) приведено в ячейке L22.

Результаты имитации произвольных сигналов от сенсоров видеопикселя систематизированы в таблицах фиг. 20, 21 и 22.

В таблицу фиг. 20 сведены ахроматические цвета различной светлоты, имеющие нулевую насыщенность и не имеющие цветового тона.

Полученные результаты воспроизведены на графиках фиг. 23 в виде «лепестков цветов» (толстых линиях на осях 4КЦ), отражающих яркость свечения микроизлучателей. У ахроматического цвета четыре лепестка имеют одинаковую длину. С увеличением длины «лепестков цветов» возрастает яркость серого цвета от черного до белого.

В таблицу фиг. 21 сведены монохроматические цвета с цветовыми тонами, соответствующих семи цветам радуги и пурпурному цвету. Монохроматические цвета имеют максимальную насыщенность и максимальную светлоту.

Полученные результаты воспроизведены на графиках фиг. 24 в виде «лепестков цветов». Основные цвета (красный, желтый, голубой и фиолетовый) имеют один лепесток. Остальные цвета (оранжевый, зеленый, синий и пурпурный) имеют два лепестка одинаковой длины, но каждый из лепестков на половину короче.

В таблицу фиг. 22 сведены полухроматические цвета с цветовыми тонами, соответствующими некоторым цветам радуги, а так же цвету «морская волна» (слабый яркий голубовато-зеленый, строка «график а)» и «салатовому» цвету (слабый мидловый желто-зеленый, строка «график в)», имеющие различные насыщенность и светлоту.

Полученные результаты воспроизведены на графиках фиг. 25 в виде «лепестков цветов». Полухроматические цвета имеют четыре лепестка, которыми воспроизводятся любые сложные цвета.

Связь между насыщенностью и светлотой цвета показана на фиг. 26 и фиг. 27 в пятимерной системе координат (далее 5КЦ). В основании 5КЦ лежит в горизонтальной плоскости четырехмерная система координат 4КЦ с осями красного «Свет R», желтого «Свет Y», голубого «Свет C» и фиолетового «Свет V» цвета и с вертикальной пятой осью серого цвета «Ось Gr». Значения всех координат изменяются от нуля в центре координат (точки черного цвета 35) до 100 процентов. В 5КЦ расположена четырехгранная пирамида, вершина которой совпадает с началом координат.В основании пирамиды (далее световой пирамиды) лежит ромб насыщенности Фулл Колорс, который располагается в горизонтальной плоскости на высоте оси Gr равной 100%. Расстояние от центра ромба насыщенности Фулл Колорс до любой из его вершин равна величине насыщенности N цвета. Внутри световой пирамиды на высоте, равной светлоте цвета (в процентах), располагаются «лепестки цвета», которые демонстрируют насыщенность, светлоту и цветовой тон цвета. Названия цветов и их характеристики приведены в кратком описании фиг. 26 и фиг. 27.

По результату макетирования в электронной таблице определены следующие выводы о четырехцветном цифровом комплексе телевидения Фулл Колорс:

1) таблицами демонстрируется простота, наглядность и работоспособность Комплекса Фулл Колорс.

2) цветотриадой Фулл Колорс фиг. 14 Комплекса Фулл Колорс передается без искажения информация о насыщенности, светлоте и цветовом тоне цвета пикселя,

3) на дисплее телевизора Комплекса Фулл Колорс обеспечивается воспроизведение всех цветов радуги со 100% насыщенностью, включая фиолетовый, голубой, желтый и оранжевый,

4) видеокамера Фулл Колорс без применения экспонометра путем обработки сигналов от видеопикселя сама адаптируется к изменению освещенности сюжетов съемки в широком световом диапазоне, чем напоминает работу зрения человека,

5) баланс белого и точность передачи цвета не нарушается при изменении реальной яркости сюжетов съемки в диапазоне имитации от лунного до яркого солнечного освещения (без учета нелинейности сенсоров видеопикселя и характеристик АЦП),

6) воспроизведение насыщенности, светлоты и цветового тона на дисплее телевизора зависит только от взаимного соотношения сигналов красного, желтого, голубого и фиолетового сенсоров видеопикселя видеокамеры и не зависит от яркости освещения «объекта съемки»,

7) увеличение сигнала PikL (в ячейке Е10 электронной таблицы фиг. 18) превращает серый цвет в черный цвет, а монохроматические и полухроматические цвета в телевизоре темнеют до черного цвета,

8) уменьшение сигнала PikL (в ячейке Е10 фиг. 18) превращает серый цвет в белый, а монохроматические и полухроматические цвета в телевизоре увеличивают свою яркость, вырождаясь в белый цвет,

9) применение в видеокамере формирователя-ограничителя, превращает например, ослепительный диск солнца в диск белого цвета.

10) в матрице насыщенности телевизора насыщенность каждого пикселя дисплея рассчитывается адекватно насыщенности цвета видеообъекта,

11) биполярные цветоразностные сигналы RΔC, YΔV и однополярный сигнал коэффициента светлоты КΔS видеокамеры фиг. 12 близки к биполярным цветоразностным сигналам R_ΣL, B_ΣL и однополярному сигналу яркости ΣL видеокамеры RGB фиг. 3, чем обеспечивается передача их в составе ЦТС по существующим стволам линий связи, включая спутниковое ретранслирование,

12) нормированием к одной единице сигналов RΔC, YΔV и КΔS цветотриады Фулл Колорс фиг. 14 уменьшает полосу частот цифрового телевизионного сигнала, чем облегчается хранение видеоинформации и ее транслирование,

13) простота вычислений в Комплексе Фулл Колорс, показанная в таблице фиг. 19, позволяет использовать бюджетные цифровые платформы,

14) «лепестки цветов» полухроматического основного света имеют форму, как показано на позиции 91 фиг. 27Б), совпадающую с церковным символом «Крест», а «лепестки цветов» ахроматического света, как показано на позиции 82 фиг. 26Б), совпадает с церковным символом «Андреевский крест», что созвучно утверждению Константина Эдуардовича Циолковского: «Все живое на Земле создано Световой формой жизни».

Приложение 1

Перечень гипотез цветного зрения человека

По Эмпедоклу (V век до н.э.) основными цветами являются белый, черный, желтый и красный.

Демокрит считал основными цветами черный, белый, красный и темно-зеленый.

Леонардо да Винчи (в XVI столетии) основными цветами считал белый, черный, желтый, зеленый, синий и красный.

По теории света и цвета Ньютона в качестве основных цветов впервые предложено использовать названия семи цветов радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый и индиго. (Аналогично семи тонам)

По гипотезе М. В. Ломоносова о цветном зрении количество основных цветов сведено к трем: красный, желтый, голубой. По Ломоносову зеленый цвет это смесь голубого и желтого цветов.

В теории Томаса Юнга основными цветами признаны 3 цвета: красный, зеленый и фиолетовый.

Позже Г. Гельмгольц предположил, что в сетчатке глаза человека должны быть три вида колбочек чувствительных к красному, зеленому и синему цветам.

Геринг постулирует наличие трех типов противоположных пар процессов реакции на черный и белый, желтый и синий, красный и зеленый цвета.

Гуревич и Джеймсон развили теорию Геринга до оппонентной теории. В ней сохраняется три системы рецепторов: красно-зеленые, желто-голубые и черно-белые.

Перечисленные выше гипотезы, модели и теории прошлых веков чаще всего не согласованы, а нередко и противоречат друг другу

«Полихроматическая» гипотеза Г. Хартриджа полагала, что помимо трех основных, первичных рецепторов (оранжевого, зеленого и сине-зеленого) должно быть еще четыре или пять других дополнительных, включая желтую и синюю пару, действующую как единое целое. Модель Г. Хартриджа охватывала практически всю гамму существующих цветов.

Голландский ученый П. Уолравен предположил, что в сетчатке человека должны присутствовать три типа колбочек, причем сигналы «красной» и «зеленой» колбочек делятся на три, а «синей» - на две части.

Позже эту же модель цветовосприятия описали Давид Хьюбл (David H. Hubel) и Торстен Вайзел (Torsten N. Wiesel), получившие Нобелевскую премию. Они предположили, что мозг, возможно, может получать информацию вовсе не о красном (R), зеленом (G) и синем (B) цветах (теория Юнга - Гельмгольца), а о разнице яркости белого (Yмах) и черного (Yмин), разнице зеленого и красного цветов (G-R), разнице и синего и желтого цветов (B - Y), при этом, желтый цвет (yellow=R+G) есть сумма красного и зеленого цветов, а R, G и B - яркости цветовых составляющих - красного, зеленого, и синего.

Согласно сферической модели цветового зрения (Соколов, Измайлов) цвета располагаются на сфере. Геодезическая линия смешения цветов задается большим кругом сферы в евклидовой метрике.

В основу современной трехкомпонентной теории цветного зрения и трехцветного телевидения легли предположения М.В. Ломоносова, Томаса Юнга, Гельмгольца, Уолравена.

По общепринятой гипотезе в сетчатке глаза должны существовать три типа приемников, чувствительных к узким частям спектра красного, зеленого и синего цвета, что подтверждается экспериментами. Этой гипотезе придерживаются в настоящее время большинство ученых. Поэтому эта гипотезе с учетом предположения Давида Хьюбла и Торстена Вайзела реализована в существующем цветном телевидении.

Изобретение относится к системам цветного телевидения. Техническим результатом является обеспечение системы передачи полного цветного телевизионного сигнала. Результат достигается тем, что на передающей стороне система передачи полного цветного телевизионного сигнала содержит на передающей стороне цветную цифровую видеокамеру с сенсорами фиолетового, голубого, желтого и красного света световоспринимающего устройства, например многосигнальной матрицы ПЗС, и на принимающей стороне цветной цифровой телевизор, с четырехцветным светоизлучающим пикселем, состоящим из микроизлучателей красного, желтого, голубого и фиолетового света, информация между цифровой видеокамерой и цифровым телевизором транслируется с использованием ЦТС посредством преобразования в видеокамере цвета и яркости в сочетание трех взаимосвязанных сигналов, которое состоит из красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC, желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV и сигнала коэффициента светлоты KΔS, которые через мультиплексор видеокамеры последовательно включаются в состав ЦТС. На приемной стороне ЦТС принимается телевизором, в котором демультиплексором ЦТС из сигнала ЦТС восстанавливаются упомянутые цветоразностные сигналы RΔC, YΔV и коэффициент светлоты KΔS, из которых вычисляются сигналы насыщенности, где Nr - насыщенность красного, Ny - насыщенность желтого, Nc - насыщенность голубого, Nv - насыщенность фиолетового, при этом «N=Nr+Ny+Nc+Nv», и сигналы яркости, определяющие яркость свечения каждого из четырех микроизлучателей пикселя дисплея телевизора, которые вычисляются по формулам для красного микроизлучателя «(Nr+(1-N)/4)*KΔS», для желтого микроизлучателя «Ny+(1-N)/4)*KΔS», для голубого микроизлучателя «Nc+(1-N)/4)*KΔS», для фиолетового микроизлучателя «Nv+(1-N)/4)*KΔS», при этом цвет пикселя отражается в ортогональной системе координат следующим образом: положительное направление оси света R совпадает с положительным направлением оси X трехмерной декартовой системы координат (далее ДСК); положительное направление оси света Y совпадает с положительным направлением оси Y ДСК; положительное направление оси света С совпадает с отрицательным направлением оси X ДСК; положительное направление оси света V совпадает с отрицательным направлением оси Y ДСК; положительное направление оси света Gr совпадает с положительным направлением оси Z ДСК». Пиксель дисплея телевизора состоит из микроизлучателей красного, желтого, голубого и фиолетового света. 10 з.п. ф-лы, 28 ил.

1. Комплекс четырехцветного цифрового телевидения Фулл Колорс (далее Комплекс), включающий в себя цифровую видеокамеру с мультиплексором, в которой формируется цифровой телевизионный сигнал (далее ЦТС) с использованием синхронизирующих импульсов Si, и цифровой телевизор с демультиплексором ЦТС на входе, отличающийся тем, что содержит на передающей стороне цветную цифровую видеокамеру (далее видеокамера) с сенсорами световоспринимающего устройства:

- фиолетового света (далее V-сенсор), который имеет максимальную светочувствительность к фиолетовому свету, но в два раза менее чувствителен к синему свету;

- голубого света (далее С-сенсор), который имеет максимальную светочувствительность к голубому свету, но в два раза менее чувствителен к синему и/или зеленому свету;

- желтого света (далее Y-сенсор), который имеет максимальную светочувствительность к желтому свету, но в два раза менее чувствителен к зеленому и/или оранжевому свету;

- красного света (далее R-сенсор), который имеет максимальную светочувствительность к красному свету, но в два раза менее чувствителен к оранжевому свету,

например, в многосигнальной матрице ПЗС,

и на принимающей стороне цветной цифровой телевизор (далее телевизор), с четырехцветным светоизлучающим пикселем (далее пиксель дисплея), информация между которыми транслируется с использованием ЦТС способом преобразования в видеокамере цвета и яркости в сочетание трех взаимосвязанных сигналов, которое состоит из красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC, желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV и сигнала коэффициента светлоты KΔS, рассчитываемыми по четырем формулам:

ΣL=R+Y+C+V; RΔC=(R-C)/ΣL; YΔV=(Y-V)/ΣL; KΔS=ΣL/PikL,

или по альтернативным четырем формулам:

ΣL=R+Y+C+V; RΔC=R/ΣL-C/ΣL; YΔV=Y/ΣL-V/ΣL; KΔS=ΣL/PikL,

где ΣL - сумма сигналов четырех сенсоров,

R - сигнал красного от R-сенсора, Y - сигнал желтого от Y-сенсора, С - сигнал голубого от С-сенсора, V - сигнал фиолетового от V-сенсора,

PikL - пиковое значение ΣL в течение периода предыдущего кадра или нескольких предыдущих кадров,

причем интервалы сигналов укладываются:

- у цветоразностного RΔC в диапазоне от плюс одной единицы включительно для красного цвета, через ноль для ахроматического цвета и до минус одной единицы включительно для голубого цвета;

- у цветоразностного YΔV в диапазоне от плюс одной единицы включительно для желтого цвета, через ноль для ахроматического цвета и до минус одной единицы включительно для фиолетового цвета;

- у коэффициента светлоты KΔS в диапазоне от нуля для черного цвета с ограничением до плюс одной единицы включительно для яркого цвета,

далее сочетание сигналов RΔC, YΔV и KΔS через мультиплексор видеокамеры последовательно включаются в состав ЦТС,

далее ЦТС транслируется или записывается,

далее ЦТС принимается телевизором, в котором демультиплексором ЦТС из сигнала ЦТС восстанавливаются цветоразностные сигналы RΔC, YΔV и коэффициент светлоты KΔS, из которых в телевизоре вычисляются сигналы:

Nr - насыщенность красного, Ny - насыщенность желтого,

Nc - насыщенность голубого, Nν - насыщенность фиолетового,

с использованием логических выражений:

«Nr равна нулю, если RΔC отрицательна, иначе Nr равна RΔC»;

«Ny равна нулю, если YΔV отрицательна, иначе Ny равна YΔV»;

«Nc равна минус RΔC, если RΔC отрицательна, иначе Nc равна нулю»;

«Nν равна минус YA V, если YΔV отрицательна, иначе Nν равна нулю»,

а также насыщенность N вычисляется в телевизоре по формуле

«N=Nr+Ny+Nc+Nν»,

далее яркость свечения каждого из четырех микроизлучателей пикселя дисплея телевизора управляется индивидуальными сигналами, которые вычисляются по формулам:

для красного микроизлучателя «(Nr+(1-N)/4)*KΔS»; для желтого микроизлучателя «Ny+(1-N)/4)*KΔS»; для голубого микроизлучателя «Nc+(1-N)/4)*KΔS»; для фиолетового микроизлучателя «Nν+(1-N)/4)*KΔS»,

где цвет пикселя отражается в ортогональной пятимерной системе координат следующим образом:

- положительное направление красной оси света R, на которой откладывается положительное значение RΔC (если RΔC>0), совпадает с положительным направлением оси X трехмерной декартовой системы координат (далее ДСК);

- положительное направление желтой оси света Y, на которой откладывается положительное значение YΔV (если YΔV>0), совпадает с положительным направлением оси Y ДСК;

- положительное направление голубой оси света С, на которой откладывается инвертированное значение RΔC (если RΔC<0), совпадает с отрицательным направлением оси X ДСК;

- положительное направление фиолетовой оси света V, на которой откладывается инвертированное значение YΔV (если YΔV<0), совпадает с отрицательным направлением оси Y ДСК;

- положительное направление серой оси света Gr, на которой откладывается всегда положительное значение KΔS, совпадает с положительным направлением оси Z ДСК.

2. Комплекс по п. 1, в котором блок-схема видеокамеры включает:

- многосигнальную матрицу ПЗС, состоящую из R-сенсора красного света, Y-сенсора желтого света, С-сенсора голубого света и V-сенсора фиолетового света, аналоговые сигналы которых оцифровываются АЦП в соответствующие сигналы Sr красного канала, Sy желтого канала, Sc голубого канала и Sν фиолетового канала;

- сумматор каналов с формулой выходного сигнала «ΣL=Sr+Sc+Sy+Sν»,

- RC-вычитатель с формулой выходного сигнала «RC=Sr-Sc»;

- YV-вычитатель с формулой выходного сигнала «YV=Sy-Sν»;

- пиковый детектор яркости, в котором величина выходного сигнала PikL определяется на основе информации одного или нескольких предыдущих кадров и фиксируется на период текущего кадра;

- формирователь красно-голубого цветоразностного сигнала RΔC с формулой выходного сигнала «RΔC=RC/ΣL»;

- формирователь желто-фиолетового цветоразностного сигнала YΔV с формулой выходного сигнала «YΔV=YV/ΣL»;

- нормализатор яркости с формулой выходного сигнала «KL=ΣL/PikL»

где KL - сигнал нормализированной яркости;

- формирователь-ограничитель с логической формулой выходного сигнала

«KΔS=KL, если KL меньше Uo, иначе KΔS=Uo»,

где KΔS - коэффициент светлоты, Uo - задаваемый уровень ограничения,

а также мультиплексор ЦТС, который из сочетания сигналов RΔC, YΔV и KΔS и синхронизирующих импульсов Si последовательно формирует цифровой телевизионный сигнал, аналогичный ЦТС существующего цифрового телевидения, но без создания в нем резервных зон.

3. Комплекс по п. 1, в котором в видеокамере четыре сенсора одинаково светочувствительны во всем видимом диапазоне света, но индивидуально защищены фиолетовым, голубым, желтым или красным светофильтрами,

причем оптические характеристики каждого из четырех светофильтров максимально приближены к дельтообразной форме (далее Δ-форма),

где вершина Δ-формы каждого светофильтра (в которой прозрачность светофильтра максимальна):

- для фиолетового светофильтра V-сенсора совпадает с длиной волны фиолетового света;

- для голубого светофильтра С-сенсора совпадает с длиной волны голубого света;

- для желтого светофильтра Y-сенсора совпадает с длиной волны желтого света;

- для красного светофильтра R-сенсора совпадает с длиной волны красного света,

а вершины двух оставшихся углов при основании Δ-формы каждого светофильтра (в которых и за пределами которых прозрачность светофильтра равна нулю):

- для фиолетового светофильтра V-сенсора совпадают с длиной волны голубого света и с границей между фиолетовым и ультрафиолетовым цветами;

- для голубого светофильтра С-сенсора совпадают с длиной волны желтого света и с длиной волны фиолетового света;

- для желтого светофильтра Y-сенсора совпадают с длиной волны голубого цвета и с длиной волны красного цвета;

- для красного светофильтра R-сенсора совпадают с длиной волны желтого цвета и с границей между красным и инфракрасным цветами,

вследствие чего при воздействии монохроматического:

- красного света сигнал R-сенсора равен 100%,

а сигналы Y-сенсора, С-сенсора и V-сенсора равны нулю;

- оранжевого света сигналы R-сенсора и Y-сенсора равны 50%,

а сигналы С-сенсора и V-сенсора равны нулю;

- желтого света сигнал Y-сенсора равен 100%,

а сигналы R-сенсора, С-сенсора и V-сенсора равны нулю;

- зеленого света сигналы Y-сенсора и С-сенсора равны 50%,

а сигналы R-сенсора и V-сенсора равны нулю;

- голубого света сигнал С-сенсора равен 100%,

а сигналы R-сенсора Y-сенсора, и V-сенсора равны нулю;

- синего света сигналы С-сенсора и V-сенсора равны 50%,

а сигналы R-сенсора и Y-сенсора равны нулю,

- фиолетового света сигнал V-сенсора равен 100%,

а сигналы R-сенсора, Y-сенсора и С-сенсора равны нулю,

- пурпурного света сигналы R-сенсора и V-сенсора равны 50%,

а сигналы Y-сенсора и С-сенсора равны нулю.

4. Комплекс по п. 1, в котором в видеокамере с целью генерации сигналов Sr красного канала, Sy желтого канала, Sc голубого канала и Sν фиолетового канала применяются устройства с иными физическими принципами разделения света на четыре канала с амплитудно-волновыми характеристикам, аналогичными п. 3, например, устройство из дихроичных фильтров и четырех односигнальных матриц ПЗС с АЦП.

5. Комплекс по п. 1, в котором в видеокамере, с целью определения и фиксирования выходного сигнала PikL пикового детектора яркости, анализируются значения входного сигнала ΣL каждого пикселя текущего кадра и пиковая (максимальная) величина сигнала ΣL запоминается, например в Lmax, а в период времени между окончанием текущего кадра и началом следующего кадра устанавливается новое значение сигнала PikL по формуле «PikL=Lmax».

6. Комплекс по п. 1, в котором в видеокамере с целью устранения эффекта мигания яркости кадров дисплея телевизора, который появляется при быстрых изменениях сигнала PikL видеокамеры, в пиковый детектор яркости встраивается интегратор, которым обеспечивается плавное изменение величины сигнала PikL, например способом деления суммы сигналов Lmax последних 240 кадров на 240, причем глубина интеграции (в данном примере это количество интегрируемых кадров) фиксированная или изменяется вручную переключателем или изменяется автоматически, например, при анализе скорости перемещения видеокамеры или при анализе первого (скрываемого кадра) и последующих кадров до достижения необходимой глубины интеграции.

7. Комплекс по п. 1, в котором в пиковом детекторе яркости видеокамеры с целью адаптации к особенностям освещения, алгоритм программы анализа сигналов ΣL изменяется в зависимости от сюжета съемки, например, из анализа сигналов ΣL текущего кадра, исключается ослепительная яркость белого света фар автомобилей или диска солнца.

8. Комплекс по п. 1, в котором в видеокамере с целью нормирования полосы пропускания ЦТС и исключения искажений цвета, задаваемый уровень ограничения Uo равен одной единице, но для обеспечения прикладных целей, например астрономических исследований, задаваемый уровень ограничения Uo может принимать большее значение, но в пределах до 4 единиц включительно.

9. Комплекс по п. 1, в котором в видеокамере с целью формирования сочетания сигналов RΔC, YΔV и KΔS из сигналов Sr, Sy, Sc и Sν каналов используется микропроцессор с алгоритмом программы на основе блок-схемы видеокамеры и/или с использованием соответствующих формул п. 1.

10. Комплекс по п. 1, в котором в телевизоре с целью управления яркостью красного, желтого, голубого и фиолетового микроизлучателей пикселя дисплея, блок-схема телевизора включает в себя:

- демультиплексор ЦТС, в котором последовательно восстанавливаются из ЦТС сочетание сигналов RΔС, YΔV и KΔS;

- формирователь флага красного цвета, выходной сигнал Fr которого устанавливается в булево значение «Ложь» при отрицательном сигнале RΔC, иначе Fr равен «Истина»;

- формирователь флага желтого цвета, выходной сигнал Fy которого устанавливается в булево значение «Ложь» при отрицательном сигнале YΔV, иначе Fy равен «Истина»;

- демультиплексор красно-голубого сигнала, которым при Fr равен «Истина» входной сигнал RΔC направляется на выход «сигнал Nr насыщенности красного», иначе (при Fr равен «Ложь») отрицательный сигнал RΔC переключается демультиплексором на вход инвертора голубого, на выходе которого формируется «сигнал Nc насыщенности голубого»;

- демультиплексор желто-фиолетового сигнала, которым при Fy равен «Истина» входной сигнал YΔV направляется на выход «сигнал Ny насыщенности желтого», иначе (при Fy равен «Ложь») отрицательный сигнал YΔV переключается демультиплексором на вход инвертора фиолетового, на выходе которого формируется «сигнал Nν насыщенности фиолетового»;

- матрицу насыщенности, в которой вычисляется насыщенность N по формуле

«N=Nr+Nc+Ny+Nν»;

- формирователь полухроматического красного с формулой «Rƒ=(Nr+(1-N)/4)»;

- формирователь полухроматического голубого с формулой «Cƒ=(Nc+(1-N)/4)»;

- формирователь полухроматического желтого с формулой «Yƒ=(Ny+(1-N)/4)»;

- формирователь полухроматического фиолетового с формулой «Vƒ=(Nν+(1-N)/4)»;

- модулятор яркости красного с формулой «Rƒ*KΔS», который через ЦАП красного управляет микроизлучателем красного света пикселя дисплея;

- модулятор яркости голубого с формулой «Сƒ*KΔS», который через ЦАП голубого управляет микроизлучателем голубого света пикселя дисплея;

- модулятор яркости желтого с формулой «Yƒ*KΔS», который через ЦАП желтого управляет микроизлучателем желтого света пикселя дисплея;

- модулятор яркости фиолетового с формулой «Vƒ*KΔS», который через ЦАП фиолетового управляет микроизлучателем фиолетового света пикселя дисплея,

причем ахроматические цвета воспроизводятся способом одинаковой (одновременной и равной между собой) активизации четырех микроизлучателей, например:

- яркий (белый) - активизация микроизлучателей равна 25%;

- светлый (светло-серый) - активизация микроизлучателей равна 18,75%;

- серый (средне-серый) - активизация микроизлучателей равна 12,5%;

- темный (темно-серый) - активизация микроизлучателей равна 6,25%;

- черный (черный) - активизация микроизлучателей равна 0%,

где под активизацией микроизлучателя подразумевается процент от его максимальной яркости, при условии сбалансированности яркости излучения микроизлучателей,

а монохроматические цвета воспроизводятся способом индивидуального изменения яркости микроизлучателей пикселя дисплея, например:

- красный - активизацией одного микроизлучателя красного света;

- оранжевый - одинаковой активизацией микроизлучателя красного и желтого света;

- желтый - активизацией одного микроизлучателя желтого света;

- зеленый - одинаковой активизацией микроизлучателя желтого и голубого света;

- голубой - активизацией одного микроизлучателя голубого света;

- синий - одинаковой активизацией микроизлучателя голубого и фиолетового света;

- фиолетовый - активизацией одного микроизлучателя фиолетового света;

- пурпурный - одинаковой активизацией микроизлучателя фиолетового и красного света,

и полухроматические цвета воспроизводятся активизацией микроизлучателей путем наложения на сигнал монохроматического цвета сигналов ахроматического цвета, например:

- салатовый - активизацией микроизлучателей красного света 3%, желтого света 33%, голубого света 11% и фиолетового света 3%;

- морская волна - активизацией микроизлучателей красного света 6%, желтого света 22%, голубого света 66% и фиолетового света 6%.

11. Комплекс по п. 1, в котором в телевизоре с целью преобразования сигналов RΔC, YΔV и KΔS во входные сигналы ЦАП красного, голубого, желтого и фиолетового используется микропроцессор с алгоритмом программы на основе соответствующих формул п. 1 и/или блок-схемы телевизора.