Цветное телевидение в науке и технике

Цветное телевидение получило вторую профессию. Оно все шире используется в промышленности, науке, медицине, во всех случаях, когда цвет характеризует состояние объекта. В металлургическом производстве, например, по цвету и конфигурации пламени судят о степени готовности металла. Цвет свода мартеновской печи указывает на его тепловой режим, а цвет пламени сопла реактивного двигателя говорит не только об эффективности использования топливной смеси, но и может характеризовать режим работы двигателя. По цвету внутренних органов пациента можно поставить диагноз заболевания.

В СССР были разработаны, изготовлены и эксплуатируются цветные промышленные телевизионные установки (ЦПТУ) для наблюдения за процессами выплавки металла. Цветные телевизионные камеры, установленные в сталепрокатном цехе, позволяют дистанционно контролировать ход производственного процесса. Среди медицинских ЦПТУ наиболее распространенными оказались установки для демонстрации хирургических операций.

Однако визуальное наблюдение за цветным изображением объекта не может служить достаточным критерием при оценке его цвета из-за субъективности этой оценки. Кроме того, важно фиксировать динамику изменения цвета во времени, например, при нагревании металла. Но ни в одном языке не существует достаточного количества слов для обозначения всех возможных оттенков и нюансов цвета. Поэтому возникают большие трудности при точном описании процессов, наблюдаемых на экране. В этом отношении на помощь цветному телевидению пришла колориметрия — специальный раздел экспериментальной оптики, занимающейся измерением цвета.

Основной закон смешения цветов гласит, что любой цвет может быть получен смешением трех других. Учитывая это, колориметристы всего мира условились обозначать цвет вектором в трехмерном пространстве. Причем длина вектора характеризует количественную компоненту цвета — его яркость, а положение вектора в пространстве — цветность. Для многих практических целей достаточно характеризовать цвет объекта лишь его цветностью. При этом он обозначается точкой на цветовом треугольнике — графике цветов МКО — Международной комиссии по освещению. ЦПТУ дают возможность не только измерить параметры цвета на расстоянии, но и одновременно позволяют получать данные о размере, форме, положении наблюдаемого объекта, что неосуществимо посредством колориметрических приборов. Ввиду того, что видеосигналы на выходе камеры несут информацию о цвете интересующего нас участка объекта, анализируя их уровень, можно получить цифровые данные о координатах цветности X и Y этого участка по графику МКО. При этом измерению поддаются как достаточно крупные участки или детали объекта, так и весьма мелкие. Их выбор для измерения оперативно осуществляется по видеоконтрольному устройству.

Из-за ряда трудностей технического порядка к разработчикам вещательных систем цветного телевидения не предъявляется требований создания аппаратуры полностью воспроизводящей цвета натуры. И это не ухудшает эстетического восприятия, ведь зритель лишен возможности сравнивать полученное изображение с оригиналом. Здесь главное — его субъективная оценка. А она, как правило, оказывается вполне удовлетворительной.

От цветных же телевизионных систем, применяемых в прикладных целях, ждут точных данных о цвете объекта. Поэтому видеосигналы на выходе камеры ЦПТУ должны нести в себе достоверную информацию. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы спектральные характеристики чувствительности камеры были тождественны анализаторам глаза; характеристики свет — сигнал телевизионной камеры — линейны в рабочем диапазоне освещенности объекта; передающие телевизионные трубки вырабатывали бы одинаковые по амплитуде видеосигналы от всех рабочих точек фотокатода при равномерной его засветке. Получение количественных данных о цвете, дополняющих цветное телевизионное изображение, расширяет объективность оценки наблюдаемого явления и состояния объекта. Появляется возможность документальной записи цветовых координат. Ценно и то, что цифровые данные о координатах цветности объекта могут быть получены в пределах всего спектрального локуса) реальных цветностей, тогда как на цветном телевизионном экране могут быть воспроизведены далеко не все оттенки.

Для получения количественных данных в конструкции ЦПТУ предусматривается измерительное устройство. В зависимости от назначения выбирается соответствующая блок-схема ЦПТУ. В случае измерения цвета объекта при натурных съемках используется колориметрическая передающая камера. При измерении цвета отдельных участков позитивной и негативной пленки, отпечатков снимков, отдельных деталей микропрепаратов датчик цветных телевизионных сигналов может быть построен по схеме бегущего луча. Тогда развертка осуществляется бегущим световым лучом, прочерчивающим строка за строкой весь объект. Источником бегущего луча служит обычно проекционный кинескоп с повышенной яркостью свечения экрана. Помимо датчика сигналов, блок-схема ЦПТУ обычно содержит: усилитель, устройство, выделяющее видеосигнал от интересующего нас участка изображения, счетно-решающее устройство, преобразующее выделенные сигналы в координаты цветности X и Y, и устройство, записывающее значение координат цветности в случае изменения их во времени. Естественно, что для наблюдения за объектом и определения участков, подлежащих измерению, необходимо цветное видеоконтрольное устройство ЦВКУ. На ЦВКУ должен быть подан импульс, характеризующий местоположение выделенного участка изображения.

На кафедре телевидения Ленинградского электротехнического института им. проф. М. А. Бонч-Бруевича была разработана и изготовлена аппаратура для измерения цветовых координат в заданной точке объекта, внешний вид которой изображен на фотографиях вкладки (рис. 2, 3). ЦТ камера работает на трех передающих трубках типа диссектор и может быть удалена от основной аппаратуры на расстояние 400 м.

Цветное телевизионное устройство может быть успешно использовано и для обнаружения заданного цвета в разноокрашенном объекте и подсчета площади, окрашенной в этот цвет. Подобные исследования необходимы в геологии при количественно-минералогическом анализе горных пород, где определение процентного содержания заданного минерала в образце сводится к подсчету площади, окрашенной цветом, характеризующим искомый минерал. Аналогичная задача встречается при исследовании природного ландшафта с помощью аэрофотометодов, где по цвету исследуемого ландшафта судят о характере фотографируемого объекта.

Использование цветных телевизионных систем в качестве сканирующего устройства может быть весьма полезно при колориметрическом анализе живых и растительных клеток. Проведение измерений с помощью существующих приборов требует напряженной работы оператора, а результаты измерений не свободны от субъективных ошибок.

Блок-схема системы, определяющей площадь, окрашенную заданным цветом, изображена на вкладке. Цветоделенные сигналы от телевизионного датчика модулируются импульсами, число которых обычно кратно десяти и приравнивается ко всей площади сканируемого объекта. Они попадают на схему совпадения, которая настраивается на определенное соотношение этих сигналов, определяющих заданный цвет. По числу импульсов, характеризующих совпадение заданного соотношения с соотношением сигналов, поступающих от телевизионного датчика, можно судить об отношении площади, окрашенной заданным цветом, ко всей площади объекта в процентах.

На кафедре телевидения ЛЭИС в содружестве с Институтом геологии и геофизики Сибирского отделения Академии наук СССР был разработан и изготовлен телевизионный автомат для количественно-минералогического анализа состава горных пород, внешний вид которого изображен на рис. 4 вкладки.

Несомненно в будущем ЦПТУ найдут еще более широкое применение в самых разнообразных областях науки и техники.