谈谈彩色电视

一九五八年，在党的“鼓足干劲，力争上游，多快好省地建设社会主义”总路线的光辉照耀下，我国开始了黑白电视广播。十多年来我国电视广播事业有了很大的发展，特别是无产阶级文化大革命以来，在毛主席的革命路线指引下，我国除个别省区外都开办了黑白电视广播，覆盖面积逐年扩大。北京电视台的黑白电视节目已可以传送到许多省市。另外彩色电视的研制和试播，也取得了初步成果。

电视广播是怎样进行的呢？它的过程可分为三步：第一步，用电视摄像管把景物的光像变成电信号；第二步，传送这个电信号；第三步，再用电视显像管把电信号还原成光的图像。以上是电视广播的基本过程。见图1。

彩色电视是在黑白电视的基础上发展起来的。我们周围的景物是丰富多彩的，既有不同的亮度，又有各种不同的颜色。黑白电视只能传送景物的亮度差别，不能如实反映景物的颜色，所接收到的只是明暗不同的黑白图像。因此我们说，黑白电视虽然在很大程度上解决了传送活动图像的问题，但不够逼真，不够生动。彩色电视既能传送景物的亮度，又能传送景物的颜色，给人以更加逼真的感觉。特别是遇到某些景物必需用颜色来表达或区别时，彩色电视就更加显出了它的优越性。但彩色电视要着重解决色彩的传送问题。其中首先是如何用电信号来反映色彩的问题。

实现黑白电视的关键是把景物的亮度变成电信号，并传送它。由于只反映亮度，用一个电信号就够了。而彩色电视不光是反映各不相同的亮度，而且还要反映千差万别的颜色，所以一个电信号就不够了。究竟用几个电信号才能实现彩色的传送呢？我们就必须首先研究和认识自然色彩的客观规律。

我国古代劳动人民早在几千年前就已经发现，用有限的几种颜料，就能调配出多种色彩来。这种知识广泛应用在当时的壁画、陶瓷和纺织业中。随着生产的发展和文化的进步，人们关于色彩的知识逐渐丰富起来。到十九世纪进一步认识到：自然界绝大多数彩色的光都能分解成红、绿、蓝三种色光。因此，用红、绿、蓝三种色光也能合成出自然界绝大多数的色彩来，只要适当调配它们之间的比例就行。这就是三基色原理，也称为三原色原理。例如，用适量的红光和绿光能合成黄光，用适量的绿光和蓝光能合成青光，用适量的蓝光和红光能合成紫光，用适量的红、绿、蓝光能合成白光等等，见图2。

这样，尽管自然景物色彩丰富，但都能用不同比例成份的红、绿、蓝光合成出来。因此，只要用三个电信号反映红、绿、蓝三种颜色并进行传送，就能实现彩色电视了。所以我们说三基色原理就是实现彩色电视的理论根据。

下面通过对一张简单图片的伟送来说明实现彩色电视的简单过程，见图3。

比如，一张图片是绿色的旗杆上有一面鲜艳的红旗，瓢扬在蔚蓝色的天空中，衬托着几朵白云。这张图片反射的光线经过镜头聚焦后，通过分光系统，把彩色光线分成红、绿、蓝三部分，分别照射到三个电视摄像管上，形成红、绿、蓝三个单色图像。红色图像包括红旗与白云中的红光成份；绿色图像包括旗杆和白云中的绿光成份；蓝色图像包括蓝天和白云中的蓝光成份。照到三个摄像管上的三个单色图像，然后靠摄像管中电子射线对光电变换靶的同步扫描，分别产生代表它们的红、绿、蓝三个电信号，再同时平行地传送出去。传送方式可用无线也可以用有线。到达接收端后，利用能够分别发红光、绿光、蓝光的三个显像管，分别重显红、绿、蓝三个单色图像，再一起重合地投映到银幕上，便重显出了这张彩色图片。

那么，是不是任意用红、绿、蓝三种色光就能合成满意的彩色图像呢？不行。电视的红、绿、蓝是经过精心选择的。一方面所选择的红、绿、蓝三种色光能合成的色彩越广泛越好；另一方面又要容易制造出发这三种光的荧光物质来。目前应用的荧光物：硫化钇铕或氧化忆铕发红光；硫化锌镉铜铝发绿光；硫化锌银发蓝光。这三种色光叫做电视信号R（红）、G（绿）、B（蓝）三基色。实践证明，电祝信号R、G、B所能合成的各种色彩比现代的颜料还要丰富！因此，用电视信号R、G、B实现的彩色电视图像显然是足够逼真、足够美观的。

彩色电视所传送的彩色景象，既包括颜色，也包括亮度，都是由不同数值的R、G、B组成，叫做R、G、B三个色分量。黑白电视，只能传送景象亮度，通常用Y来代表。Y与R、G、B之间的关系是固定的：

这是说明彩色电视与黑白电视的图像及信号之间关系的一个基本公式。它表明彩色电视图像中任一点的总亮度与R、G、B三个色分量之间的定量关系。若用电信号来代表它们，这个公式就表明亮度信号与三个色信号（又叫色度信号）之间的关系。电信号一般用E代表，写成

黑白电视所传送的正是这个E\(_{Y}\)信号，而彩色电视则要传送ER、E\(_{G}\)、EB三个信号。找出亮度信号与色度信号之同的关系，对于解决彩色电视与黑白电视互相收看的问题很重要。

从三基色原理我们知道，自然色彩是可以分成红、绿、蓝三个单色的。那么彩色摄像机是如何实现分光的呢？

在日常生活中，我们常见到带颜色的玻璃，为什么带有颜色？是因为它们只能透过某种颜色的光，而吸收掉其它颜色的光。例如红玻璃只能透过红光，绿玻璃只透绿光。在光学中它们叫滤色镜，摄影中就常用滤色镜抑制某些色光，以使照片拍得更逼真。还有一种专门制造的玻璃叫分色镜，能反射某种颜色的光，而透过其他颜色的光。例如红分色镜能将一束包含多种颜色的光束中的红光成份反射，而透过其它色光；蓝分色镜能将蓝光成分反射，透过其它色光。

滤色与分色的原理都是基于光是一种波，光波在介质（如玻璃）中传播时会产生吸收、透射、反射、折射、干涉等现象。这同水波、声波、无线电波在传播过程中发生的一些现象一样，其基本道理也相同。不过光的波长甚短，人眼可见的波长范围是400～700毫微米。正因为波长这样短，而且不同波长的光颜色也不同，所以通过一块薄薄的玻璃介质才出现滤色与分色等现象。

在彩色摄像机中（图3左部），把滤色镜与分色镜配合起来使用，就组成分光系统，能保证按电视信号R、G、B的要求将彩色景象的光分成红、绿、蓝三个单色景象。如图3左部，在景物的光通过镜头，聚焦成像的光路上，前一个是红分色镜，先将景象光中的红色成份反射而透过其余部分，反射的红光经红滤色镜进一步过滤后成像在（红）摄像管上，由摄像管转换成代表红光成份的电信号，简称R信号。后一个是蓝分色镜，将蓝光成份反射，经蓝滤色镜后成像在（蓝）摄像管上，产生B信号。最后剩下的只有绿光成份，经绿滤色镜后直达（绿）摄像管，产生G信号。

彩色摄像机的组成方块图如图4。

电视图像信号R、G、B的产生是先将电视图像信号经分光系统在三支摄像管的光电靶上形成三个基色光像，它在光电靶上立即变换成电子图像，再由三束电子射线同时从左到右、从上到下一点一点、一行一行地扫描三个光电靶面，分别产生R、G、B三个电信号。

彩色摄像机中电子射线扫描的规律与黑白电视是相同的，即都是由点到行，由行到帧的隔行扫描。但要求三支摄像管中电子射线与单色光像之间的对应关系要完全一致才行，使由电子射线扫描所产生的三个电信号在每一瞬间都严格地对应于图像中的同一点。这样才能保证最后重合地还原彩色图像。因此，在彩色摄像机中，要由同一个扫描电路供给三支摄像管的偏转系统，以造成电子射线扫描的锯齿形电流。同时，三支摄像管的聚焦偏转系统，还要造得完全一致才行。此外，为了保证摄像管中电子射线与接收端显像管中电子射线的同步扫描，摄像机中同步扫描电路产生的锯齿形电流还要受电视台中心设备统一供给的同步信号控制。同步信号分为水平（行）与垂直（场）同步两路，是通过电缆送来的。

三支摄像管给出的R、G、B信号都是很微弱的，要立即经过预放器放大数百倍后，再通过电缆送到中央机房去加工、放大、切换，加上同步脉冲等信号，再通过超短波发射机传送给彩色电视接收机。（待续）（张家谋）