В цветном телевидении гамма-корректор исправляет искажения цветового тона и насыщенности света, вызванные нелинейностью амплитудной характеристики тракта от света до света. Причем требуется высокая идентичность амплитудных характеристик гамма-корректоров в трех цветовых каналах. Несовпадение амплитудных характеристик гамма-корректоров цветовых каналов на 1-2% приводит к заметным искажениям цветности изображения.

Нелинейность амплитудной характеристики ТВ тракта вызывается нелинейностью его отдельных элементов. В основном нелинейность ТВ тракта определяется амплитудными характеристиками передающей и приемной ТВ трубок. Световая характеристика передающей трубки (другое название амплитудной характеристики) аппроксимируется выражением

U= kL,

где U - напряжение на нагрузочном сопротивлении передающей трубки; k - коэффициент пропорциональности; L_o6 - яркость объекта наблюдения; - показатель степени, определяющий форму световой характеристики передающей трубки. Например, для передающей трубки типа видикон 0,60,7. Плюмбикон имеет практически линейную световую характеристику с 1.

Амплитудная характеристика приемных трубок, называемая также модуляционной характеристикой, представляет зависимость яркости свечения экрана кинескопа от направления на модулирующем электроде, т.е. L = f(U). Эта зависимость определяется функцией

L= kU.

В цветных кинескопах управляющий сигнал подается как на катод, так и на модулятор. Величина для цветного кинескопа не является постоянной. Она зависит от напряжения сигнала. Обычно изменяется от 2,5 до 3,5 при подаче сигнала на модулятор и от 2,5 до 2,7 при подаче на катод.

В этом случае общая амплитудная характеристика ТВ тракта от света до света определяется зависимостью

L= k(kL)= kL,

где k = kk и = .

Коррекция формы амплитудной характеристики тракта осуществляется с помощью устройства с нелинейной амплитудной характеристикой, обычно являющейся смешанной функцией с показателем степени . В этом случае результирующий коэффициент всего тракта от света до света будет выражаться соотношением

.

С теоретической точки зрения в цветном телевидении результирующая характеристика должна быть линейной; т.е. =1, тогда из предыдущего соотношения следует

. (5.2)

В простейшем случае три корректора нелинейности амплитудной характеристики выносятся непосредственно в каналы прохождения трех цветоделенных сигналов. Однако по такой схеме строятся ТВ системы замкнутого типа, используемые в прикладных целях, когда сформированные цветоделенные сигналы поступают по отдельным кабелям непосредственно на цветное воспроизводящее устройство.

В вещательном телевидении передается иной набор сигналов, обеспечивающих возможность уплотнения ТВ канала и совместимость черно-белого и цветного телевидения. С этой целью формируется яркостный видеосигнал Е и цветоразностные сигналы E и Е. При использовании в ТВ системе передающих камер трехтрубочного типа, последовательность преобразований получается следующей.

1. Сигналы E_R, E_G, E_B подвергаются гамма-коррекции согласно выражению (6.2). Видеосигналы E , Е, E принято

   обозначать , , соответственно.

2. Из сигналов E'_R, E'_G, Е'_B формируется сигнал E'_Y согласно основному колориметрическому уравнению.
3. Цветоразностные сигналы и формируются методом матрицирования в соответствии с соотношениями

= 0,7 - 0,59 - 0,11,

= -0,3- 0,59 +0,89.

Иначе осуществляется формирование сигналов в видеоусилительном тракте при использовании четырехтрубочных камер с отдельным каналом сигнала Е. В четырехтрубочной камере выравниваются сигналы E, Е, Е и E. (Индекс W означает, что яркостный видеосигнал, получаемый от отдельной трубки, является широкополосным). Цветоделенные видеосигналы формируются в сокращенной полосе частот до 1,5 МГц. Имеются различные способы получения полного цветового сигнала из четырех сигналов, формируемых камерой. Наиболее распространенными являются способы, предложенные Левингстоном и Джеймсом.

Структурная схема формирования сигналов по методу Левингстона показана на рис.5.8. Сигнал яркости, создаваемый отдельной передающей трубкой, подвергается гамма-коррекции и используется в качестве широкополосного сигнала яркости. Для получения цветоразностных сигналов с помощью матрицы 5 формируется сигнал . В отличие от сигнала яркости, образующегося в камерном канале трехтрубочной камеры, в данном случае сигнал имеет полосу частот до 1,5 МГц. Следует отметить, что в образовании цветоразностных сигналов не участвует.

1, 2, 4, 6 – гамма-корректоры; 3 – матрица сигнала ; 5 – матрица сигнала ; 7 – матрица сигнала

Рис.5.8. Структурная схема формирования сигналов по методу Левингстона

В ТВ приемнике из сигналов E'_{R -Y} и E'_B-_Y матрицированием получают третий цветоразностный сигнал E'_G-Y. Затем цветоразностные сигналы подаются на модуляторы кинескопа, а яркостный сигнал _YW сразу на три катода. В результате сложения цветоразностных сигналов с сигналом E'_YW формируются цветовые сигналы, с помощью которых образуется цветное изображение. Однако при этом возникают некоторые погрешности цветопередачи. Это следует из рассмотрения следующих соотношений:

где .

Ошибка в восстановлении сигналов, равная Е, приводит к небольшим искажениям цветового тока, насыщенности и яркости, которые вполне допустимы на практике.

1, 2, 6, 8 – гамма-корректоры; 3 – кодирующая матрица; 4 – ФНЧ; 5,7 – вычитающие устройства

Рис.5.9. Структурная схема формирования сигналов по методу Джеймса

Особенность другого метода формирования сигналов (метода Джеймса) заключается в том, что спектр сигнала яркости, передаваемого ТВ приемникам, формируется из двух частей. В полосе до 1,5 МГц сигнал яркости соответствует основному колориметрическому уравнению. В полосе от 1,5 МГц и выше передаются составляющие яркостного сигнала , полученного от отдельной трубки.

Структурная схема формирования сигналов по методу Джеймса представлены на рис.5.9 . В данном случае цветоразностные сигналы получаются из цветоделенных сигналов E'_R, E'_G, E'_B в кодирующей матрице так же, как в канале трехтрубочной камеры. Сигнал яркости формируется в виде

E, (5.3)

где - сигнал яркости, получаемый с отдельной трубки, полоса частот сигнала яркости ограничена 1,5 МГц.

Широкополосный сигнал яркости (см. рис.5.9), подвергнутый гамма-коррекции, поступает на ФНЧ, который ограничивает его спектр до 1,5 МГц. Далее из образовавшегося сигнала вычитается E'_Y, полученный результат, в свою очередь, вычитается из сигнала E. Из соотношения (5.3) следует, что в полосе частот от 0 до 1,5 МГц имеются все три сигнала. Поэтому в полосе частот от 0 до 1,5 МГц сигнал ничем не отличается от яркостного сигнала, передаваемого с помощью трехтрубочной камеры и обеспечивающего неискаженное воспроизведение цветного изображения. В полосе частот от 1,5 МГц и выше сигналы и E'_Y равны нулю. Следовательно, в этом частотном диапазоне Е = E. Наличие высокочастотных компонентов E необходимо лишь для получения высокой четкости изображения и не приводят к погрешностям в воспроизведении цвета.

Рассмотренный метод обеспечивает высокое качество цветного изображения, однако при этом необходима высокая точность выполнения всех преобразований.

Принципиальная схема одного из вариантов гамма-корректора, применяемого в камерном канале цветного телевидения, приведена на рис.5.10 Основным узлом устройства является каскад на транзисторе VT6 с нелинейной амплитудной характеристикой, подчиненной заданному закону гамма-коррекции с кусочно-ломаной аппроксимацией. Нелинейный закон амплитудной характеристики получается за счет подключения параллельно коллекторной нагрузке диодной матрицы VD2 и набора резисторов R13, ..., R20. Все диоды матрицы на участке сигнала в области, близкой к уровню черного, заперты. Коэффициент передачи каскада в этой области максимальный и определяется соотношением коллекторной и эмиттерной нагрузок. При увеличении размаха сигнала диоды матрицы последовательно открываются, шунтируя коллекторную нагрузку, и снижается тем самым коэффициент усиления. В области белого все диоды матрицы открываются, коэффициент передачи каскада при этом минимальный. Сопротивление параллельно соединенных резисторов делителя и внутреннее сопротивление открытых диодов определяет наклон участков амплитудной характеристики.

Рис. 5.10. Принципиальная схема гамма-корректора

Для того чтобы сигналы, соответствующие одинаковой яркости изображения, имели одни и те же постоянные уровни независимо от содержания изображения и находились на одних и тех же участках амплитудной характеристики, перед гамма-корректором включена схема фиксации уровня черного. Нагрузкой схемы фиксации является дифференциальный каскад на транзисторах VT3, VT4, передающий с большой точностью напряжение фиксации на усилители с линейной (VT5) и нелинейной (VТ6) амплитудными характеристиками. С выходов этих каскадов сигналы подаются на эмиттерные повторители на VT7 и VT8 для последующей суммации на резисторе R22. На этом резисторе происходит смешивание сигналов с различными амплитудными характеристиками. Степень нелинейности результирующей амплитудной характеристики тракта регулируется в пределах =0,4...1.