如何优化色度匹配和彩色校正？

色度匹配是指彩色摄像机的光谱响应曲线必须各自与显像三基色相应的混色曲线成正比（形状一样），彩色校正是指采用特殊电路实现色度匹配，提高彩色还原准确度的方法。

（一）色度匹配

彩色摄像机中三个摄像器件输出的基色信号电压的大小与照明光源、被摄像景物的光谱特性有关。在照明光源和被摄景物确定后，则取决于分光棱镜的光谱特性。分光棱镜的分色特性设计不当，三基色信号的大小比例不对，必然影响显像管重现彩色的准确性。

在彩色电视系统中，能达到正确彩色重现的分色光谱响应特性称为理想摄像光谱响应特性。

设照明光源的辐射功率谱为P（λ），被摄景物的光谱反射特性为ρ（λ），则进入摄像机的彩色光功率谱为P（λ）ρ（λ）。设摄像机镜头的光谱透射率为T（λ），分色棱镜（包括滤色片）的光谱特性（也称分色特性）为D（λ），CCD的光谱灵敏度为S（λ），则由摄像机输出的三基色信号电压分别为：

式中，KR、KG、KB分别为三路基色信号电流与电压的转换系数（包括放大器的放大倍数）。为简单起见，设KR=KG=KB=K1；称T（λ）、D（λ）、S（λ）的乘积为摄像机的综合光谱响应特性，分别用（λ）、、表示，其表示式为：

这是摄像端三基色电压表达式，、、为摄像机的光谱响应曲线，如图3-26所示。

图3-26　摄像机的理想光谱响应曲线

在显像端，重现的彩色光是由显像三基色混配出来的，为使重现彩色不失真，必须保证由显像管三基色混配出的彩色光的视觉效果与进入摄像机功率谱为P（λ）ρ（λ）的彩色光完全相同。根据这一要求，可得到混配出该彩色光时显像三基色的三色系数分别为：

式中，分别为显像三基色的混色曲线。Re、Ge、Be分别代表显像管重现出与彩色光P（λ）ρ（λ）相同效果时三基色光的分量。

我们知道，显像管中三色荧光粉的发光强度由电子束的强度控制，而电子束的强度又由三支电子枪的激励电压ERd、EGd、EBd控制。假设显像管的电光转换关系呈线性，且三支电子枪的特性一致，则显像三基色的三色系数分别为：

Re'=K2ERd,Ge'=K2EGd,Be'=K2EBd。

式中，K2为彩色显像管三支电子枪的电光转换系数。

由于ERd、EGd、EBd是由ER、EG、EB经过传输通道处理（放大等）后得到的，包括摄像机、发射机和电视机的信号处理通道。假设彩色电视的传输通道处理特性为线性，且三个基色通道的特性一致，则有：

ERd=K3ER，EGd=K3EG，EBd=K3EB。

式中，K3为三基色传输通道的放大系数。

这样，显像管的实际三色系数分别为：

按不产生彩色失真的条件要求，则有：(www.xing528.com)

Re'=Re，Ge'=Ge，Be'=Be。

即：

由此可见，彩色摄像机的光谱响应曲线（λ）、（λ）、（λ）必须各自与显像三基色相应的混色曲线（λ）、（λ）、（λ）成正比（形状一样），如图3-27所示，满足这一条件，称为彩色电视系统的色度匹配。

图3-27　显像荧光粉的混色曲线

（二）彩色校正

摄像机的光谱特性与镜头的透射特性T（λ）、分色棱镜的分色特性D（λ）、CCD的光谱特性S（λ）有关，在实际系统中，主要由分色特性D（λ）来实现。

由显像三基色混色曲线可知，三条曲线各自都有正主瓣、正次瓣和负次瓣，而分色棱镜的分色特性是不可能出现正次瓣和负次瓣的，原因很简单：1.不存在负光；2.红色正次瓣落在蓝色正次瓣范围内，既然这段波长范围的光已分给了蓝色光路，就不能再分给红色光路了。

这就是说，分光特性只能提供与显像混色曲线主瓣相似的特性，无法实现准确的色度匹配，致使显像管重现彩色失真，不能逼真还原摄像端的景色。

为此，需要采取措施进行处理，即采用特殊电路实现色度匹配，提高彩色还原准确度的方法进行彩色校正。

在现代彩色摄像机里都采用线性矩阵法。

线性矩阵法是在视频通道中设置适当的电路来弥补分光系统固有的不足。由图3-27可知如下内容：

1.绿基色系数（λ）有两个负次瓣，分别处在（λ）和（λ）的正主瓣范围内，若将摄像机输出的红基色电压和蓝基色电压各引出一条支路，倒相并乘上合适的系数（小于1），加入绿基色信号电压中，就可当作（λ）的两个负次瓣产生的电压成分，基本能满足要求。校正原理如图3-28（a）所示，校正效果如图3-28（b）所示。

图3-28　彩色校正原理

2.红基色系数（λ）有一个正次瓣和一个负次瓣，分别处在（λ）和（λ）的正主瓣范围内，若将摄像机输出的蓝色电压和绿色电压各引出一条支路，乘上合适的系数（小于1），蓝基色电压不倒相，绿基色电压须倒相，加入红基色信号电压中，就可分别当作（λ）的正次瓣和负次瓣产生的电压成分。

3.蓝基色系数（λ）只有一个负次瓣，处在（λ）的正主瓣范围内，若将摄像机输出的绿基色电压引出一条支路，倒相并乘上合适的系数（小于1），加到蓝基色信号电压中去，就可当作（λ）的负次瓣应产生的电压成分。

最基本的彩色校正电路由倒相器和电阻组成，如图3-29所示。

图3-29　电阻矩阵彩色校正电路

实际上，由线性矩阵电路提供的次瓣电压与实际需要并不完全相同，即彩色校正不能得到理想曲线。也就是说，彩色电视系统重现的彩色还是有失真的，只是人眼觉察不到而已。