نور و رنگ در تلویزیون

نورمرئی یا قابل رویت به امواج الکترومغناطیسی که دارای طول موج بین ۳۷۰ تا۷۸۰ نانومتر باشند نورمرئی یا قابل رویت گفت می شود .حساسیت چشم انسان نسبت به تمام موج ها یکسان نبوده وهر طول موج به یک رنگ خاص دیده می شود. بطور کلی چشم طبیعی انسان قادر به تشخیص وتفکیک بیش از یکصدوهشتاد نوع رنگ با شدت های مختلف است.
بعبارت دیگر هر رنگ با یک فرکانس خاص مشخص می شود . سرعت نور واواج الکترومغناطیسی در خلاء ثابت وبرابر درنظر گرفته می شود. طول موج برابر فرکانس را برابر f وسرعت را برابرc درنظر بگیریم ، بین این پارامتر ها رابطه : برقرار خواهد بود. پهنای باند تلویزیون رنگی همانطوریکه گفته شد چشم انسان قادر به تشخیص وتفکیک بیش از ۱۸۰ نوع رنگ مختلف می باشد . این رنگها با شدت وروشنائی های متفاوتی وجود دارند. بنابراین درارسال تصاویر رنگی پهنای باند عظیمی غیر ممکن وبسیار مشکل است.
بنابراین باید به روش های خاصی این پهنای باند کاهش پیداکرده وبرابر پهنای باند ارسال تصاویر سیاه و سفید شود. توجه داشته باشید که پهنای باند تصویردر تلویزیون سیاه وسفید(درسیستم ۶۲۵ خطی با فرکانس عمودی ۵۰ هرتز ) حدود ۶ مگاهرتز می باشد . (BW=۶mhz) در ادامه بحث نحوه کاهش پهنای باند بیان خواهد شد . ترکیب رنگها با ترکیب ومخلوط نمودن رنگهای اصلی قرمز ، سبز ، آبی سایر رنگها ساخته می شوند. برای نشان د ادن نحوه رنگها از دایره رنگ یا دایره نیوتن استفاده می شود. توجه داشته باشید که نحوه ترکیب رنگها در بحث نور واپتیک با رنگهای نقاشی و روغنی متفاوت است . دراینجا هر منبع نور رنگ اصلی را معادل یک دایره نقاشی فرض می کنیم .
نقاطی که دو دایره با هم تداخل می کنند. نشان دهنده ترکیب آن دو رنگ است ورنگ سفید ترکیبی از هر سه رنگ اصلی است .بعبارت دیگر بودن هر سه رنگ نشان دهندهخ رنگ سفید ونبودن هر سه رنگ نشان دنده رنگ سیاه است. اصل رنگ هر رنگ دارای طول موج مشخصی است . این طول موج با طول موج سایر رنگها متفاوت بوده وسبب تمایز رنگها از یکدیگر می شود.به این معنی که طول موج رنگ سبز با رنگ آبی متفاوت است . طول موج رنگهای اصلی قرمز ،سبز، وآبی به ترتیب برابر می باشند . طول موج بقیه رنگها در محدوده تا قراردارند . شکل ۲ محدوده طول موج های مرئی و قابل رویت توسط چشم انسان اشباع رنگ Saturation هررنگ دارای یک طول موج اصلی است .
ولی سایر طول موج ها نیز همراه طول موج اصلی وجود دارند. میزان این طول موج ها یا بعبارت دیگر رنگ سفید موجود در کنار رنگ اصلی نشان دهنده اشباع رنگ خواهد بود. هر چه میزان نور سفید همراه یک رنگ بیشتر باشد درصد اشباع آن کمتر خواهد بود. منابع نور خالص قرمز ،سبز،آبی وسایر رنگها دارای اشباع ۱۰۰% هستند. ولی درجه اشباع رنگ سفید ۰ است . توجه داشته باشید در طبیعت منابع نور خالص (واقعی ) یا اشباع ۱۰۰% وجود ندارند. عوامل مشخص کننده رنگ هر نور ورنگ قابل رویت با سه عامل مهم مشخص می شود. عامل اول روشنائی (لومینانس Luminance یا برایتنس Brightness ) است .این عامل همان Yروشنائی درتلویزیون سیاه وسفید است . دومین عامل ، عامل رنگ وجزءکرومینانانس Chrominanceاست . طول موج تعیین کننده عامل رنگ وجزء اصلی آن است . سومین عامل درصد اشباع یا غلظت رنگ (saturation)است که بین آن ۰ تا ۱۰۰% تغییرپیدا می کند. در تلویزیون رنگی باید اطلاعات مربوط به این سه عامل رنگی برابر سیگنال سیاه وسفید به اضافه سیگنال رنگ است وخود سیگنال رنگ شامل دو عامل کرومینانس واشباع است.
نحوه ترکیب وساخت سیگنال های رنگ در سیستم های مختلف یکسان است .
▪ برخی از اصلاحات رایج در مباحث تلویزیون رنگی
ـ رنگ سفید(White): ترکیبی از سه رنگ اصلی قرمز ، سبز ، وآبی با ضرایب برداشت مشخص است .
عامل رنگ (Hue) : تعیین کننده نوع رنگ بوده وطول موج را مشخص می کند. برای مثال جسم سبز رنگ دارای هیوی سبز است .
ـ اشباع رنگ (saturation) : اشباع درصد تیرگی وروشنائی یک رنگ را مشخص می کند.
ـ کرومینانس (Chrominance) : شاملHue و Saturationاست واطلاعات کامل رنگ راشامل می شود. ـ روشنائی یا لومینانس (Luminance) : میزان نوری است که برای روشنائی محیط وکل تصویر استفاده می شود. در تلویزیون رنگی مجموع اطلاعات لومینانس وکرومینانس تعیین کننده اطلاعت تصویر رنگی خواهند بود. ساخت وتولید رنگ در تلویزیون رنگی رنگهای مکمل یا متمم ، به رنگهایی که از ترکیب آنها رنگ سفید حاصل میشود. رنگهای مکمل یا متمم گفته می شود. سفید = قرمز+ سبز + آبی سفید = زرد + آبی زرد وآبی مکمل یکدیگر هستند سفید = قرمز + فیروزه ای قرمز وفیروزه ای مکمل یکدیگر هستند سفید = سبز + بنفش سبز وبنفش مکمل یکدیگر هستند برای ایجاد رنگهای مختلف درتلویزیون از دوروش می توان استفاده کرد . درروشی که افزایشی نامیده می شود با ترکیب دورنگ از سه رنگ اصلی رنگ فرعی سوم ساخته میشود.
به عبارت دیگر این روش ،روش ترکیب رنگهاست. قرمز + سبز = زرد ، آبی + قرمز = بنفش ، سبز +آبی = فیروزه ای در روش کاهشی یا تفاضلی ، برای ساختن رنگ اصلی را از رنگ سفید کم می کنند. این روش توسط فیلتر های اپتیکی انجام می شود ومعمولا در تلویزیون رنگر از آن استفاده می شود. سفید - آبی = زرد ، سفید - قرمز = فیروزه ای ، سفید - سبز = بفش روش ارسال تواتری رنگ قبل از پیدایش روش های امروزی ، برای ارسال رنگ از روش های مکانیکی والکترومکانیکی استفاده می شد. اساس کار بیشتر این روش ها بر پایه ارسال تواتری یا سریال اطلاعات استوار بوده است . در روش تواتری توسط یک پروژکتور نور بصورت مخروطی تولید می شود.
در جلوی این منبع نور مخروطی ، یک دیسک چرخان مرکب از فیلترهای رنگی مختلف قرارداده شده است . اگر سرعت چرخش دیسک کند باشد ،چشم انسان فقط یکی از رنگها را احساس خواهد کرد ولی با افزایش سرعت به بالاتر از حد چشمک زدن تصویر ، چشم ترکیبی از رنگها را می بیند. اگر یک جسم رنگی ( عکسی شفاف از جسم ) در فیلتر وپروژکتور قرارداده شود ، تصویر این جسم بر روی صفحه نمایش ، نقش خواهد بست . چرخش دیسک های قرمز ، سبز،آبی در جلوی نور پروژکتور ،رنگ جسم بر روی صفحه مشاهده خواهد شد. این توضیح بسیار ساده ای از روش تواتری ارسال رنگ است . برای ارسال رنگ در جلوی دوربین فرستنده یک فیلتر رنگی مشابه آنچه که گفته شد قرارداده می شود. تصویر جسم بر روی دوربین می تابد ودوربین درهر لحظه سیگنال های الکتریکی مختلفی را تولید می کند.
اگر فرض کنیم فیلتر جلوی دوربین شامل سه فیلتر قرمز ، سبز وآبی است ، خروجی دوربین به ترتیب سه سیگنال مربوط به هرکدام از این رنگها خواهد بود. برای اینکه چشم تصاویر ارسال شده را رنگی ببیند ،باید فرکانس ارسال رنگها زیاد باشد ودر اینجا پهنای باند سه برابر ارسال تصاویر سیاه وسفید خواهد بود . یک موتور الکتریکی در فرستنده ویک موتور الکتریکی در گیرنده وظیفه چرخاندن فیلترهای رنگی جلوی دوربین ولامپ تصویر را برعهده دارند. بنابراین پالس های همزمان کننده ای به همراه سیگنال تصویر فرستاده میشوند تا فاز وسرعت چرخش این موتورها هماهنگ شود .
درگیرنده ابتدا سیگنالهای سریال ارسالی دریافت وانتخاب می شوند. پس از تقویت ، این سیگنال ها به لامپ تصویری که فقط تولید نور سفید وتصویر سیاه وسفید می کند،. داده می شود . در جلوی لامپ تصویر یک دیسک چرخان مشابه با دیسک فرستنده قرارداده شده تا تصویر سیاه وسفید تولیدی به تصویر رنگی تبدیل شود. این دیسک توسط یک موتور الکتریکی بطور همفاز ، هم سرعت وهماهنگ با موتور فرستنده به چرخش در می آید.
پالس های همزمان کننده ارسالی از فرستنده رابر عهده دارند. در روش تواتری ارسال رنگ فرکانس تصویر باید حداقل سه برابر فرکانس تصاویر سیاه وسفید باشد تا تصویر بصورت رنگی مشاهده شود . به این ترتیب اصل سازگاری (سازش وهماهنگی ) برقرارنبوده وگیرنده های سیاه وسفید قادر به دریافت تصاویر ارسالی توسط فرستنده های سیتم تواتری نخواهند بود وبه این ترتیب این روش مترود مانده ونمی تواند بعنوان یک سیستم ارسال رنگ مورد استفاده قرارگیرد . بلوک دیاگرام کلی فرستنده های رنگی برای ارسال سیگنال های B-Y,R-Y,Y ابتدا آنها را بر روی فرکانس های حامل مدوله و سپس آنها را با هم ترکیب و ارسال می کنند .
به این ترتیب که سیگنال های تفاضلی رنگ B-Y,R-Y بر روی حامل های رنگ سوار و سپس با سیگنال Y ترکیب و به همراه سیگنال Y مجدداً بر روی حامل اصلی مدوله و ارسال می شوند (مشابه تلویزیون سیاه و سفید) . به فرکانس های حامل رنگ ، حمال های فرعی (Sub Carrier) و به حامل سیگنال Y حامل اصلی گفته می شود . در اینجا تمام سیکنال های مورد نیاز در تلویزیون سیاه و سفید به همراه سیگنال های رنگ و پالس هایی موسوم به پالس همزمانی یا شناسایی رنگ (signal Burst) ارسال می شوند. وظیفه سیگنال برست همزمانی مدارات رنگ گیرنده با فرستنده است.


منبع: پایگاه مقالات علمی پژوهشسرای دانش آموزی