Сегодня мы поговорим о восприятии цвета человеческим глазом, вспомним как зарождалось цветное телевидение, узнаем как работал первый цветной телевизор и кто был его создателем.
В наши дни все согласны с тем, что цвет — это мнение, ощущение. Причем в зависимости от условий окружающей среды ощущение различных цветов неодинаково.
Многие из представителей животного мира не различают цвета. Собаки, да и другие животные видят все окружающее одноцветным. Их органы чувств реагируют только на изменение яркости света, отражаемого от различных предметов. Это позволяет им ориентироваться даже в незнакомой обстановке.
Люди, к счастью, хорошо различают цвета. Как безрадостно было бы жить в одноцветном мире! Физиологами установлено, что наше зрение может передать в мозг во много раз больше информации, чем другие органы чувств. Восприятие света и цвета находится в органической взаимосвязи и представляет собой довольно сложный процесс.
Первым, кто заложил основы корпускулярной теории света, был Ньютон. Более 300 лет назад Ньютон пропустил белый луч солнечного света через трехгранную призму. Из призмы вышел веер лучей всех цветов — от фиолетового до темно-красного. Поставив на пути вышедших из призмы лучей вторую призму, Ньютон вновь собрал их в один пучок белого цвета. Проведенный опыт позволил сделать правильный вывод, что белый цвет — это совокупность всех видимых цветов.
Против Ньютона, склонявшегося к тому, что свет это частицы, выступали видные ученые того времени, в том числе X. Гюйгенс, Р. Гук и др. И только спустя почти 100 лет Ломоносов сумел объяснить опыты Ньютона и разработал теорию трехцветного зрения.
Все последующие работы по исследованию света, проводимые Дж. К. Максвеллом, Т. Юнгом, Т. Гельмгольцем и др., подтвердили справедливость теории М. В. Ломоносова.
Каким же образом наш глаз различает цвета?
Из физики известно, что человеческий глаз воспринимает широкий спектр видимого света. Световые волны имеют определенную длину, и нашему восприятию доступна область длиной от 400 до 800 ммк. Самые длинные световые волны дают темно-красный цвет, самые короткие — темно-фиолетовый. Другие типы волн, а именно радиоволны, ультрафиолетовые, рентгеновские, инфракрасные, нашему глазу недоступны.
Также известно, что белый свет можно разложить на все цвета радуги или, как говорят, в спектр. В нем смешаны все видимые световые волны, дающие огромное разнообразие цветовых оттенков. Три цвета — красный, зеленый и синий условились считать основными. Складывая и изменяя яркость каждого из основных цветов, можно получать любые цвета.
Согласно теории М. В. Ломоносова, наш глаз различает цвета потому, что все цветочувствительные нервные окончания сетчатки глаза делятся на три группы. Каждая из этих групп различает только какой-нибудь один цвет: первая красный, вторая — синий, третья — зеленый. Белый цвет воспринимают все группы одновременно. Лучи света других оттенков, не имеющие в сетчатке своих нервных окончаний, возбуждаются в нашем мозгу в результате сочетания основных цветов. Например, голубые лучи возбуждают в основном синие и зеленые нервные окончания, а фиолетовые — синие и красные. Таким образом в нашем воображении получаются оттенки различного цвета: темно-синий, голубовато-синий, оранжевый и т. д., т. е. весь спектр белого света. Именно на учете этих особенностей человеческого глаза и основаны способы получения цветного изображения.
Предпосылки к цветному телевидению
Впервые метод передачи цветного изображения был предложен в 1899 г. русским инженером-электриком А. А. Полумордвиновым. Немного позднее, в начале XX в. Адамиан создает систему сначала двухцветного, а в 1925 г. — трехцветного электронно-механического телевидения, которую с успехом демонстрирует в СССР и Англии. Одновременно с И. А. Адамианом и независимо от него такая система была предложена английским изобретателем Дж. Бердом. В этих системах в качестве механического устройства использовался вращающийся диск, сконструированный немецким изобретателем П. Нипковым.
В 1929 г. советским инженером Ю. С. Волковым была создана система цветного телевидения без вращающего устройства. Именно это изобретение положило начало цветным электронным системам.
В дальнейшем усилиями ученых многих стран системы цветного изображения постоянно совершенствовались. В расцвете эры телевидения существовало несколько вариантов получения цветного изображения. Остановимся ненадолго на самом простом из них.
Пусть, к примеру, имеются три кинескопа, у которых экраны соответственно красного, синего и зеленого цветов. Каждый передатчик цветного телевидения также имеет три передающие трубки. Перед каждой из них установлен светофильтр: перед одной — красный, перед другой — синий, перед третьей — зеленый. Принятые от передатчика сигналы усиливаются приемным устройством и поступают на модуляторы кинескопов, каждый на свой. Затем полученные изображения проектируют на один общий экран. Когда проектируемые изображения совпадут, на экране возникает цветное изображение.
Вроде бы все просто и естественно. Однако, как показали эксперименты, точно совместить все три изображена на один общий экран очень трудно. Кроме этого, такая система сложна в изготовлении, а сам телевизор лишком дорог для массового производства.
Наибольшее распространение получила система, в которой используется один кинескоп с теневой маской. Данная система построена на использовании удивительного свойства нашего глаза. Мы не замечаем каждую в отдельности из близкорасположенных маленьких точек разного цвета. О такого рода изображении у нас создается представление как об одноцветном. Вот это свойство глаза и легло в основу конструкции цветного кинескопа.
В таком кинескопе экран покрывается не сплошным слоем люминофора, а точечной мозаикой. Мозаика состоит из трех люминофоров и сгруппирована в виде треугольников, каждая точка треугольника светится только одним цветом: красным, синим или зеленым. Расстояние между центрами соседних точек примерно три десятых миллиметра. Если взять телевизионную трубку размером 59 см по диагонали, то светящихся точек, уложенных в строгом порядке, будет ни мало ни много около 2 млн.
Чтобы получить цветное изображение, необходимо засветить каждую точку экрана кинескопа с помощью электронно-оптических систем, дающих три разных «цветовых» сигнала. Это достигается с помощью специального диска с отверстиями — теневой маски. В ней сделаны отверстия, каждое из которых приходится точно против центра треугольника. Таким образом, электронный луч каждой электронно-оптической системы цветного кинескопа попадает только в «свою» точку: красную, синюю или зеленую. Для того чтобы разноцветные лучи не разошлись и попадали каждый в свою точку, на горловине кинескопа устанавливаются корректирующие магниты. Они могут не только регулировать перемещение электронных лучей в любом направлении, но и осуществлять их динамическое сведение строго в такт с работой отклоняющей системы.
Как видим, в этой системе каждая точка экрана кинескопа светится только одним цветом. Но в отличие от первого варианта сложение цветов происходит не на экране, а у нас в глазах.
В Физическом институте АН СССР был создан первый образец электронно-лучевой трубки с лазерным экраном. Основное отличие лазерных кинескопов от рассмотренных выше — принципиально новая конструкция экрана. Экран выполнен в виде полупроводниковой пластинки, каждая точка которой представляет собой полупроводниковый лазер. Управляемый электронный луч толщиной в сотую долю миллиметра, пробегая по пластинке, генерирует излучение большой яркости.
С помощью лазерного кинескопа можно получить цветное изображение по способу, предложенному еще в 1952 г. советским изобретателем Б. Г. Жебелем. Для создания цветного изображения кинескоп выполняется из трех полупроводниковых лазерных экранов. Каждый экран излучает один из трех цветов: красный, синий, зеленый. Экраны кинескопа располагаются друг над другом на одной подложке. Для создания развертки электронный луч последовательно обегает по вертикали каждый лазерный экран. Время, необходимое для создания изображения, распределяется равномерно между тремя экранами. Совмещение трех полученных изображений производится на одном общем экране. Учитывая, что размеры лазерных экранов микроскопически малы, точность совмещения может быть достигнута гораздо более просто, чем, например, в рассмотренном выше первом варианте.
На видео: Ностальгия. Цветные телевизоры СССР.
