Lý thuyết về á nh sá ng, màu sắc đã đư ợ c nghiên cứu từ lâu. ý tư ởng về truyền ảnh mầu đã có từ nă m 1899 qua cuốn sá ch “ Sự phân chia á nh sá ng để truyền ảnh đi xa” của A. A. Palubop. Màu sắc là những sóng điện từ mà mắt thư ờng có thể phân biệt đư ợ c. Cá c thông số đặc trư ng cho màu sắc:
- Đ ộ chói là cư ờng độ sá ng của màu sắc.
- Sắc thá i là cảm giá c chủ quan của mắt và đư ợ c đặc trư ng bởi bư ớ c sóng. - Đ ộ bã o hoà màu là mức độ á nh sá ng trắng lẫn vào á nh sá ng đơn sắc. Đ ể nghiên cứu về lý thuyết màu, trư ớ c tiên ta nghiên cứu về cấu tạ o của mắt ngư ời.
4.1.1.1. Cấu trúc hệ thống thị giác
Hệ thống thị giá c là cơ quan thu nhận mọi tin tức nhìn thấy của thế giớ i bên ngoài như kích thư ớ c, hình dạ ng , màu sắc của cá c vật trong không gian. Hệthống thị giá c gồm có mắt và thần kinh thị giá c (Hình 4.1a và 4.1b) .
Hình 4.1. Cấu trúc của hệ thống thị giá c
Mắt là bộ phận bên ngoài của hệ thống thị giá c. Mắt có dạ ng hình cầu, gọi là nhã n cầu, nằm trong hố xư ơng mắt. Nhã n cầu đư ợ c bao bọc bằng một lớ p màng cứng. Phần
lớ n lớ p này là lớ p xơ dai và đư ợ c gọi là võng mạ c. Chỉ có phần trư ớ c hơi lồi ra là trong suốt, gọi là giá c mạ c. Giá c mạ c cho á nh sá ng đi từ ngoài vào mắt.
Bên trong lớ p màng cứng là màng trạ ch. Phần màng nằm dư ớ i võng mạ c chứa những mạ ch má u nuôi nhã n cầu. Phần màng nằm sau giá c mạ c là mống mắt, trông giống như đồng xu, có tá c dụng ngă n cá ch á nh sá ng từ bên ngoài vào mắt. chỉ có lỗ giữa cho á nh sá ng đi qua gọi là con ngư ơi. Kích thư ớ c con ngư ơi luôn thay đổi tuỳ theo cư ờng độ á nh sá ng rọi vào mắt. Khi độ rọi lớ n thì con ngư ơi co lạ i, hạ n chế lư ợ ng á nh sá ng vào mắt; ngư ợ c lạ i thì con ngư ơi dã n ra để cho lư ợ ng á nh sá ng rọi vào mắt tă ng lên. Đ ặc điểm này gọi là khả nă ng thích nghi của mắt. Mống mắt có màu tuỳ thuộc từng chủng tộc.
Sau mống mắt là thuỷ tinh thể, là một vật trong suốt, dễ đàn hồi, lồi về hai phía như một thấu kính lồi. Sau thuỷ tinh thể là một khoảng chiếm phần lớ n thể tích của mắt chứa đầy thuỷ tinh dịch.
Mắt có tá c dụng như một hệ thống quang học có tiêu cự thay đổi đư ợ c. Khi ta nhìn một vật, cá c cơ lông mày làm thay đổi độ cong của thuỷ tinh thể, do đó làm thay đổi tiêu cự của nó, sao cho ảnh của vật đang nhìn đư ợ c chiếu lên đúng võng mạ c. Khi nhìn vật ở xa, cơ lông mày că ng ra làm giảm độ lồi của thuỷ tinh thể, tă ng tiêu cự của nó. Ngư ợ c lạ i khi quan sá t một vật ở gần, cơ lông mày co lạ i, làm độ lồi của thuỷ tinh thể tă ng lên, tiêu cự giảm. Như vậy ảnh của mọi vật ở cá ch mắt 10 cm đến vô cù ng đều đư ợ c chiếu lên võng mạ c. Đ ây chính là khả nă ng điều tiết của mắt.
Võng mạ c là nơi nhạ y cảm vớ i á nh sá ng, chiếm gần hết mặt phía trong của nhã n cầu. Trong võng mạ c ngư ời ta quan sá t thấy có hai loạ i tế bào nhạ y cảm vớ i á nh sá ng. Đ ó là tế bào hình trụ và tế bào hình nón. Tế bào hình trụ nhạ y cảm vớ i độ chói hơn tế bào hình nón, còn tế bào hình nón lạ i rất nhạ y cảm vớ i màu sắc.
Cá c phần tử thụ cảm nối liền vớ i bá n cầu nã o bằng dây thần kinh thị giá c. Tâm võng mạ c chứa khoảng 150.000.000 tế bào hình trụ, và có khoảng 6,5 triệu tế bào hình nón tập trung ở hoàng điểm và cá c vù ng lân cận. Lư u ý là chỉcó tế bào hình nón là cảm nhận đư ợ c màu sắc.
ởđiều kiện á nh sá ng yếu, chỉ có tế bào hình trụ có tá c dụng. Tế bào hình nón chỉ nhạ y cảm vớ i á nh sá ng mạ nh và phân biệt đư ợ c màu sắc. Do đó cá c tế bào hình nón chỉ làm việc trong điều kiện á nh sá ng ban ngày, còn tế bào hình trụ l àm việc đư ợ c trong cả điều kiện á nh sá ng ban đêm.
Tế bào hình trụ và hình nón sắp xếp song song vớ i nhau, giống như bó đũa và song song vớ i chiều á nh sá ng tớ i. Cá c tế bào hình nón tập trung nhiều ở vù ng trung tâm của võng mạ c.ở vù ng trung tâm, ứng vớ i góc nhìn khoảng 10chỉ có tế bào hình nón, không có tế bào hình trụ và mật độ cá c tế bào hình nón rất lớ n.
Càng xa trung tâm mật độ cá c tế bào hình nón giảm dần; ngư ợ c lạ i mật độ cá c tế bào hình trụ tă ng dần và đạ t đến trị số cực đạ i ở vù ng có bá n kính 5 đến 6 mm, sau đó lạ i giảm dần đến cực tiểu. Vì cá c tế bào hình nón tập trung ở vù ng trung tâm nên thị lực ở vù ng trung tâm là lớ n nhất. ở phía sau nhã n cầu có một lỗ, qua đó cá c dây thần kinh thị giá c thoá t ra ngoài.ở khu vực đó không có tế bào nhạ y cảm đối vớ i á nh á ng, nên gọi là điểm mù .
Khi á nh sá ng kích thích lên võng mạ c, gây ra cá c xung dòng điện ở cá c tế bào nhạ y cảm vớ i á nh sá ng. Cá c xung này có biên độ không đổi, như ng tần số lặp lạ i của xung, truyền theo cá c dây thần kinh thị giá c, qua cá c tế bào trung gian đến nã o. Trư ớ c khi tớ i nã o cá c tín hiệu đư ợ c “ gia công và mã hoá ở cá c khâu trung gian” . Như vậy có thể coi thị giá c là một hệ thống truyền tin phức tạ p.
4.1.1.2. Lý thuyết 3 màu.
Nhiều thực nghiệm đã xá c định rằng có thể nhận đư ợ c gần như tất cả cá c màu sắc tồn tạ i trong thiên nhiên bằng cá ch trộn ba chù m á nh sá ng màu đỏ, màu lục và màu lam theo cá c tỷ lệ xá c định. Đ ể giải thích điều này, cho đến nay nhiều nhà khoa học đã đề ra cá c thuyết khá c nhau về cơ chế cảm thụ màu của mắt ngư ời. Trong đó thuyết ba thành phần cảm thụ màu đư ợ c công nhận rộng dã i hơn cả.
Theo thuyết này, trên võng mạ c tồn tạ i 3 loạ i phần tử nhạ y cảm vớ i á nh sá ng, đó là cá c tế bào hình nón. Cá c loạ i phần tử này có phản ứng khá c nhau đối vớ i á nh sá ng có bư ớ c sóng khá c nhau. Do đặc điểm của 3 loạ i tế bào này, nên bất kỳ màu sắc nào cũng có thể tổng hợ p đư ợ c từ 3 màu cơ bản.
Trong thực tế tuy á nh sá ng đồng thời kích thích 3 tế bào hình nón, như ng tuỳ theo bư ớ c sóng, cá c dạ ng tế bào hình nón đư ợ c kích thích khá c nhau. Sự cảm thụ màu đư ợ c quyết định bởi mức độ kích thích của cá c tế bào hình nón. Giá trị tổng nă ng lư ợ ng kích thích cho cả 3 tế bào cho ta cảm giá c về độ sá ng, còn tỷ lệ giữa chúng tạ o ra cảm giá c về màu sắc.
Những chù m tia sá ng có tần số khá c nhau sẽ gây ra những cảm giá c màu sắc khá c nhau trong mắt ngư ời. Nếu bư ớ c sóng chù m tia biến đổi liên tục từ 380ữ780 nm thì màu sắc cũng biến đổi liên tục từ màu lam qua màu lục rồi đến màu vàng và cuối cù ng là màu đỏ. Giữa cá c màu kể trên còn vô số cá c màu trung gian khá c.
Từ những phân tích trên chúng ta có thể nói rằng hệ thống thị giá c của ngư ời có khả nă ng phân tích màu nhờ sự so sá nh dòng điện tín hiệu xuất hiện trong 3 tế bào nhạ y cảm vớ i 3 loạ i màu cơ bản. Dựa vào kết quả thực nghiệm, CIE đã quy định 3 màu cơ bản và ngày nay đư ợ c sử dụng rộng dã i trong truyền hình, gọi là hệ màu R, G, B. Ba màu cơ bản đó là:
• Màu đỏ, ký hiệu bằng chữ R (Red) có bư ớ c sóng 700 nm.
• Màu lục, ký hiệu bằng chữ G (Green) có bư ớ c sóng 546,8 nm.
• Màu lam, ký hiệu bằng chữ B (Blue) có bư ớ c sóng 435,8 nm.
Khi đồng thời hoặc lần lư ợ t rọi hai hay cả ba chù m á nh sá ng màu đỏ, lục, lam có cư ờng độ sá ng thay đổi đư ợ c lên cù ng một mặt phẳng phản xạ khuếch tá n hoàn toàn, nếu thay đổi cá c chù m sá ng thì màu sắc trên mặt phẳng sẽ thay đổi. Hình 4.2 minh hoạ cá c màu thu đư ợ c khi chiếu đồng thời 3 màu cơ bản có cù ng cư ờng độ lên màn chắn.
* Khi trộn 3 màu cơ bản vớ i nhau ta đư ợ c màu trắng (White). * Khi trộn màu đỏ vớ i màu xanh lục ta đư ợ c màu vàng (Yelow).
* Khi trộn màu đỏ vớ i màu lam ta đư ợ c màu tím , còn gọi là màu Violet. * Khi trộn hai màu lam và lục ta đư ợ c màu xanh da trời (Cyance).
Hình 4.2. Phư ơng phá p trộn 3 màu cơ bản
Sự phá t triển của truyền hình màu đư ợ c coi như là sự hoàn thiện của hệ thống truyền hình đen- trắng. Nă m 1925 nguyên tắc truyền ảnh màu trên cơ sở truyền 3 màu ra đời. Cá c phư ơng á n đư a ra có thể truyền ba màu cơ bản: R (đỏ), G (lục), B ( lam) một cá ch lần lư ợ t khi dù ng đĩa lọc màu hoặc đồng thời khi dù ng gư ơng lọc màu. Trong
B W R Vàng (Yellow) Tím (Violet) Lam (Cyance) M Đ ỏ (Red) Trắng (White)
Lam (Blue) Xanh lục(Green)
Y G C
lĩnh vực truyền thông đạ i chúng việc xây dựng cá c hệ thống truyền hình màu cần phải tư ơng thích vớ i hệ thống truyền hình đen- trắng đã có sẵn. Trên thế giớ i có ba hệ màu đang tồn tạ i cho đến ngày nay đó là NTSC (1954),Secam (1965)vàPAL (1966).
Những nă m gần đây khoa học công nghệ trên thế giớ i phá t triển rất nhanh, điều đó cho phép hoàn thiện cá c hệ thống truyền hình màu để nâng cao chất lư ợ ng hình ảnh thu đư ợ c. đó là cá c hệ thống truyền hình số, truyền hình độ nét cao (HDTV), truyền hình 3 chiều (lập thể)...