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1、电视原理第一章彩色与视觉特性第1页，本讲稿共70页1.1 光的性质光的性质 1.1.1 1.1.1 可见光谱可见光谱 光光是是一一种种电电磁磁辐辐射射。电电磁磁辐辐射射的的波波长长范范围围很很宽宽，按按波波长长从从长长到到短短的的顺顺序序排排列列，依依次次是是无无线线电电波波、红红外外线线、可可见见光光、紫紫外外线线、X X射射线线和和宇宇宙宙射射线线等等。图图1-11-1是是电电磁波按波长的顺序排列的电磁波谱。磁波按波长的顺序排列的电磁波谱。2第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第2页，本讲稿共70页 图图 1-1 1-1 电磁辐射波谱电磁辐射波谱 3第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与
2、视觉特性第3页，本讲稿共70页 波长在波长在380380780nm780nm范围内的电磁波能够使人眼产范围内的电磁波能够使人眼产生颜色感觉，称为可见光。可见光在整个电磁波谱中生颜色感觉，称为可见光。可见光在整个电磁波谱中只占极小的一段只占极小的一段 。可见光谱的波长由可见光谱的波长由780nm780nm向向380nm380nm变化时，变化时，人眼产生人眼产生的颜色感觉依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、的颜色感觉依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫紫7 7色。色。一定波长的光谱呈现的颜色称为光谱色。太阳一定波长的光谱呈现的颜色称为光谱色。太阳光包含全部可见光谱，给人以白色感觉。光谱完全光包含全部可见光谱
3、，给人以白色感觉。光谱完全不同的光，人眼有时会有相同的色感。不同的光，人眼有时会有相同的色感。用波长用波长540nm的绿光和的绿光和700nm的红光按一定比例混的红光按一定比例混合可以使人眼得到合可以使人眼得到580nm黄光的色感。黄光的色感。这种由不同光这种由不同光谱混合出相同色光的现象叫谱混合出相同色光的现象叫同色异谱同色异谱。4第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第4页，本讲稿共70页 1.1.2.1.2 物体的颜色物体的颜色 物物体体分分为为发发光光体体和和不不发发光光体体。发发光光体体的的颜颜色色由由它它本本身身发发出出的的光光谱谱所所确确定定，如如白白炽炽灯灯发发黄黄和和荧荧
4、光光灯灯发发白白，各自有其特定的光谱色。各自有其特定的光谱色。不不发发光光体体的的颜颜色色与与照照射射光光的的光光谱谱和和不不发发光光体体对对照照射射光光的的反反射射、透透射射特特性性有有关关。红红旗旗反反射射太太阳阳光光中中的的红红色色光光、吸吸收收其其他他颜颜色色的的光光而而呈呈红红色色；绿绿叶叶反反射射绿绿色色的的光光、吸吸收收其其他他颜颜色色的的光光而而呈呈绿绿色色；白白纸纸反反射射全全部部太太阳阳光光而而呈呈白白色色；黑黑板板能能吸吸收收全全部部太太阳阳光光而而呈呈黑黑色色。绿绿叶叶拿拿到到暗暗室室的的红红光光下下观观察察成成了了黑黑色色，这这是是因因为为红红光光源源中中没没有有绿绿
5、光光成成分分，树树叶叶吸收了全部红光而呈黑色。吸收了全部红光而呈黑色。5光的混色例子光的混色例子第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第5页，本讲稿共70页 1.1.3 1.1.3 标准光源标准光源 在在彩彩色色电电视视系系统统中中，用用标标准准白白光光作作为为照照明明光光源源。为为了了便便于于对对标标准准白白光光进进行行比比较较和和计计算算，用用绝绝对对黑黑体体的的辐辐射射温温度度色温表示光源的光谱性能。色温表示光源的光谱性能。绝绝对对黑黑体体也也称称全全辐辐射射体体，是是指指不不反反射射、不不透透射射，完完全全吸吸收收入入射射辐辐射射的的物物体体。它它对对所所有有波波长长辐辐射射的的吸
6、吸收收系系数数均均为为1 1。绝绝对对黑黑体体在在自自然然界界是是不不存存在在的的，其其实实验验模模型型是是一一个个中中空空的的、内内壁壁涂涂黑黑的的球球体体，在在其其上上面面开开了了一一个个小小孔孔，进进入入小小孔孔的的光光辐辐射射经经内内壁壁多多次次反反射射、吸吸收收，已已不不能能再再逸逸出出到到外外面面，这这个个小小孔孔就就相相当当于于绝绝对对黑黑体。体。6第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第6页，本讲稿共70页 绝绝对对黑黑体体所所辐辐射射的的光光谱谱与与它它的的温温度度密密切切相相关关。绝绝对对黑黑体体的的温温度度越越高高，辐辐射射的的光光谱谱中中蓝蓝色色成成分分越越多多，红
7、色成分越少。红色成分越少。光光源源的的色色温温是是这这样样定定义义的的：光光源源的的可可见见光光谱谱与与某某温温度度的的绝绝对对黑黑体体辐辐射射的的可可见见光光谱谱相相同同或或相相近近时时，绝绝对对黑黑体体的的温温度度称称为为该该光光源源的的色色温温，单单位位以以绝绝对对温温度度开氏度开氏度(K)表示。表示。色色温温与与光光源源的的实实际际温温度度无无关关，彩彩色色电电视视机机荧荧光屏的实际温度为常温，光屏的实际温度为常温，而其白场色温是而其白场色温是6500K。7第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第7页，本讲稿共70页常常用用的的标标准准白白光光有有A、B、C、D65和和E光光源源5
8、种种，它们的光谱分布如图它们的光谱分布如图1-2所示。所示。(1)A光光源源色色温温为为2854K的的白白光光，光光谱谱偏偏红红，相当于充气钨丝白炽灯所产生的光。相当于充气钨丝白炽灯所产生的光。(2)B光光源源色色温温为为4874K的的白白光光，近近似似中中午午直直射射的太阳光。的太阳光。(3)C光光源源色色温温为为6774K的的白白光光，相相当当于于白白天天的的自然光。自然光。它是它是NTSC制彩色电视白光标准光源。制彩色电视白光标准光源。8第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第8页，本讲稿共70页图图1-2标准光源的光谱分布标准光源的光谱分布9第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特
9、性第9页，本讲稿共70页(4)D65光光源源色色温温为为6504K的的白白光光，相相当当于于白白天天的的平平均均光光照照。它它是是PAL制制彩彩色色电视的白光标准光源。电视的白光标准光源。(5)E光光源源色色温温为为5500K的的等等能能量量白白光光(E白白)。它它是是为为简简化化色色度度学学计计算算所所采采用用的的一种假想光源，一种假想光源，实际并不存在。实际并不存在。电电视视演演播播室室卤卤钨钨灯灯光光源源的的色色温温为为3200K，有有体体积积小小、亮亮度度高高、寿寿命命长长、色色温温稳定等优点。稳定等优点。10第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第10页，本讲稿共70页 1.1.
10、4 1.1.4 光的度量单位光的度量单位 1.光通量光通量光光通通量量是是按按人人眼眼的的光光感感觉觉来来度度量量的的辐辐射射功功率率，用用符符号号表表示示。其其单单位位名名称称为为流流明明(lm)，当当555nm的的单单色色光光辐辐射射功功率率为为1W时时，产产生生的的光光通通量量为为683lm，或或称称1光光瓦瓦。在在其其他他波波长长时时，由由于于相相对对视视敏敏度度V()下降，下降，相同辐射功率所产生的光通量随之下降。相同辐射功率所产生的光通量随之下降。40W的的钨钨丝丝灯灯泡泡输输出出的的光光通通量量为为468lm，发发光光效效率率为为11.7lm/W；40W的的日日光光灯灯可可以以输
11、输出出2100lm的的光光通通量量，发发光光效效率率为为52.5lm/W；电电视视演演播播室室卤卤钨钨灯灯发光效率可达发光效率可达80100lm/W。11第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第11页，本讲稿共70页 2.2.光照度光照度 光光照照度度E E，单单位位勒勒(克克斯斯),),符符号号为为lxlx。勒勒(克克斯斯)等等于于1 1流流明明的的光光通通量量均均匀匀分分布布在在1 1平方米面积上的光照度。平方米面积上的光照度。为为了了对对光光照照度度单单位位勒勒有有个个大大概概的的印印象象。下下列列数数据据可可供供参参考考：室室外外晴晴天天光光照照度度约约为为1000010000勒勒
12、，多多云云约约为为500500勒勒，傍傍晚晚约约为为5050勒勒，月月光光约约为为1010-1 1勒勒，黄黄昏昏约约为为1010-2 2勒勒，星星光光约约为为1010-4 4勒。勒。12第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第12页，本讲稿共70页 1.2.1 1.2.1 视觉灵敏度视觉灵敏度 波波长长不不同同的的可可见见光光光光波波，给给人人的的颜颜色色感感觉觉不不同同，亮亮度度感感觉觉也也不不同同，人人眼对不同波长光的灵敏度是不同的。眼对不同波长光的灵敏度是不同的。人人眼眼的的灵灵敏敏度度因因人人而而异异，同同一一个个人人眼眼睛睛的的灵灵敏敏度度也也随随年年龄龄和和健健康康状状况况有有
13、所所变变化化，所所以以采采用用统统计计方方法法，用用许许多多正正常视力的观察者来做实验，常视力的观察者来做实验，取其平均值取其平均值131.2 人眼的视觉特性人眼的视觉特性第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第13页，本讲稿共70页经经过过对对各各种种类类型型人人的的实实验验进进行行统统计计，国国际际照照明明委委员员会会推推荐荐标标准准视视敏敏度度曲曲线线(也也称称相相对对视视敏敏函函数数曲曲线线)如如图图1-3中中的的V（）曲曲线线所所示示。图图中中曲曲线线表表明明具具有有相相等等辐辐射射能能量量、不不同同波波长长的的光光作作用用于于人人眼眼时时，引引起起的的亮亮度度感感觉觉是是不不一
14、一样的。样的。可可以以看看出出人人眼眼最最敏敏感感的的光光波波长长为为555nm，颜颜色色是是草草绿绿色色，这这一一区区域域颜颜色色，人人眼眼看看起起来来省省力力，不不易易疲疲劳劳。在在555nm两两侧侧，随随着着波波长长的的增增加加或或减减少少，亮亮度度感感觉觉逐逐渐渐降降低低。可可见见光光谱谱范范围围之之外外，辐辐射射能能量量再再大大，人人眼眼也也是是没没有有亮亮度度感觉的。感觉的。14第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第14页，本讲稿共70页图图1-3标准视敏度曲线标准视敏度曲线第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第15页，本讲稿共70页 1.2.2 1.2.2 彩色视觉彩
15、色视觉 人人眼眼视视网网膜膜上上有有大大量量的的光光敏敏细细胞胞，按按形形状状分分为为杆杆状状细细胞胞和和锥锥状状细细胞胞，杆杆状状细细胞胞灵灵敏敏度度很很高高，但但对对彩彩色色不不敏敏感感，人人的的夜夜间间视视觉觉主主要要靠靠它它起起作作用用，因因此此，在暗处只能看到黑白形象而无法辨别颜色。在暗处只能看到黑白形象而无法辨别颜色。锥锥状状细细胞胞既既可可辨辨别别光光的的强强弱弱，又又可可辨辨别别颜颜色色，白白天天视视觉觉主主要要由由它它来来完完成成。关关于于彩彩色色视视觉觉，科科学学家家曾曾做做过过大大量量实实验验并并提提出出视视觉觉三三色色原原理理的的假假设设，认认为为锥锥状状细细胞胞又又可
16、可分分成成三三类类，分分别别称称为为红红敏敏细细胞胞、绿绿敏敏细细胞胞、蓝蓝敏细胞。敏细胞。16第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第16页，本讲稿共70页它们各自的相对视敏函数曲线分别为图它们各自的相对视敏函数曲线分别为图1-3所示。所示。VR（）、VG（）、VB（），其其峰峰值值分分别别在在580nm、540nm、440nm处处。图图中中VB（）曲曲线线幅幅度度很很低低，已已将将其其放放大大了了20倍倍。三三条条曲曲线线的的总总和和等等于于相相对对视视敏敏函函数数曲曲线线V（）。三三条条曲曲线线是是部部分分交交叉叉重重叠叠的的，很很多多单单色色光光同时处于两条曲线之下。同时处于两条曲
17、线之下。例例如如600nm的的单单色色黄黄光光就就处处在在VR（）、VG（）曲曲线线之之下下，所所以以600nm的的单单色色黄黄光光既既激激励励了了红红敏敏细细胞胞，又又激励了绿敏细胞，可引起混合的感觉。激励了绿敏细胞，可引起混合的感觉。17第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第17页，本讲稿共70页当当混混合合红红绿绿光光同同时时作作用用于于视视网网膜膜时时，分分别别使使红红敏敏细细胞胞、绿绿敏敏细细胞胞同同时时受受激激励励，只只要要混混合合光光的的比比例例适适当当，所所引引起起的的彩彩色色感感觉觉，可可以以与与单单色色黄黄光光引引起起的的彩彩色色感感觉觉完全相同。完全相同。不不同同波
18、波长长的的光光对对三三种种细细胞胞的的刺刺激激量量是是不不同同的的，产产生生的的彩彩色色视视觉觉各各异异，人人眼眼因因此此能能分分辨辨出出五五光光十十色色的的颜颜色色。电电视视技技术术利利用用了了这这一一原原理理，在在图图像像重重现现时时，不不是是重重现现原原来来景景物物的的光光谱谱分分布布，而而是是利利用用三三种种相相似似于于红红、绿绿、蓝蓝锥锥状状细细胞胞特特性性曲曲线线的的三三种种光光源源进进行行配配色，色，在色感上得到了相同的效果。在色感上得到了相同的效果。第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第18页，本讲稿共70页1.2.3分辨力分辨力分分辨辨力力是是指指人人眼眼在在观观看看景
19、景物物时时对对细细节节的的分辨能力。分辨能力。对人眼进行分辨力测试的方法对人眼进行分辨力测试的方法如如图图1-4所所示示，在在眼眼睛睛的的正正前前方方放放一一块块白白色色的的屏屏幕幕，屏屏幕幕上上面面有有两两个个相相距距很很近近的的小小黑黑点点，逐逐渐渐增增加加画画面面与与眼眼睛睛之之间间的的距距离离，当当距距离离增增加加到到一一定定长长度度时时，人人眼眼就就分分辨辨不不出出有有两两个个黑黑点点存存在在，感感觉觉只只有有一一个个黑黑点点，这这说说明明眼眼睛睛分分辨景色细节的能力有一个极限值。辨景色细节的能力有一个极限值。我我们们将将这这种种分分辨辨细细节节的的能能力力称称为为人人眼眼的的分分辨
20、辨力或视觉锐度。力或视觉锐度。19第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第19页，本讲稿共70页图图1-4人眼进行分辨力测试的方法人眼进行分辨力测试的方法20第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第20页，本讲稿共70页 分分辨辨力力的的定定义义是是：眼眼睛睛对对被被观观察察物物上上相相邻邻两两点点之间能分辨的最小距离所对应的视角之间能分辨的最小距离所对应的视角的倒数，的倒数，即即分辨力分辨力=（1-1）如如图图1-4所所示示，用用L表表示示眼眼睛睛与与图图像像之之间间的的距距离离，d表表示能分辨的两点间最小距离，示能分辨的两点间最小距离，则有：则有：（1-2）21第一章第一章 彩色与
21、视觉特性彩色与视觉特性第21页，本讲稿共70页 人人眼眼的的最最小小视视角角取取决决于于相相邻邻两两个个视视敏敏细细胞胞之之间间的的距距离离。对对于于正正常常视视力力的的人人，在在中中等等亮亮度度情情况况下下观观看看静静止止图像时，图像时，为为1 11.51.5。分分辨辨力力在在很很大大程程度度上上取取决决于于景景物物细细节节的的亮亮度度和和对对比比度度，当当亮亮度度很很低低时时，视视力力很很差差，这这是是因因为为亮亮度度低低时时锥锥状状细细胞胞不不起起作作用用。但但是是亮亮度度过过大大时时，视视力力不不再再增增加加，甚甚至至由由于于眩目现象，视力反而有所降低。眩目现象，视力反而有所降低。此此
22、外外，细细节节对对比比度度愈愈小小，也也愈愈不不易易分分辨辨，会会造造成成分分辨辨力力降低。在观看运动物体时，分辨力更低。降低。在观看运动物体时，分辨力更低。22第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第22页，本讲稿共70页 人人眼眼对对彩彩色色细细节节的的分分辨辨力力比比对对黑黑白白细细节节的的分分辨辨力力要要低低，例例如如，黑黑白白相相间间的的等等宽宽条条子子，相相隔隔一一定定距距离离观观看看时时，刚刚能能分分辨辨出出黑黑白白差差别别，如如果果用用红红绿绿相相间间的的同同等等宽宽度度条条子子替替换换它它们们，此此时时人人眼眼已已分分辨辨不不出出红红绿绿之之间间的的差差别别，而而是是一一
23、片片黄黄色。色。实实验验还还证证明明，人人眼眼对对不不同同彩彩色色，分分辨辨力力也也各各不不相相同同。如如果果眼眼睛睛对对黑黑白白细细节节的的分分辨辨力力定定义义为为100%100%，则则实实验验测测得得人人眼眼对对各各种种颜颜色色细细节节的的相相对对分分辨辨力力用用百百分分数数表示如表表示如表1-11-1所示。所示。23第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第23页，本讲稿共70页 因因为为人人眼眼对对彩彩色色细细节节的的分分辨辨力力较较差差，所所以以在在彩彩色色电电视视系系统统中中传传送送彩彩色色图图像像时时，只只传传送送黑黑白白图图像像细细节节，而而不不传传送送彩彩色色细细节节，这这
24、样样做做可可减减少少色色信信号号的的带带宽宽，这这就是大面积着色原理的依据。就是大面积着色原理的依据。24表表1-1 1-1 人眼对各种颜色细节的相对分辨力人眼对各种颜色细节的相对分辨力 第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第24页，本讲稿共70页 1.2.4 1.2.4 视觉惰性视觉惰性 实实验验证证明明，人人眼眼的的主主观观亮亮度度感感觉觉与与客客观观光光的的亮亮度度是是不不同同步步的的。当当一一定定强强度度的的光光突突然然作作用用于于视视网网膜膜时时，不不能能在在瞬瞬间间形形成成稳稳定定的的主主观观亮亮度度感感觉觉，而而是是按按近近似似指指数数规规律律上上升升；当当亮亮度度突突然然
25、消消失失后后，人人眼眼的的亮亮度度感感觉觉并并不不立立即即消消失失，而而是是按按近近似似指指数数规规律律下下降降。人人眼眼的的亮亮度度感感觉觉总总是是滞滞后后于于实实际际亮亮度度的，这一特性称为视觉惰性或视觉暂留。的，这一特性称为视觉惰性或视觉暂留。25第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第25页，本讲稿共70页 图图1-5(a)1-5(a)表表示示作作用用于于人人眼眼的的光光脉脉冲冲，图图1-5(b)1-5(b)表表示示该该光光脉脉冲冲造造成成的的主主观观亮亮度度感感觉觉，它它滞滞后后于于实实际际的的光光脉脉冲冲。光光脉脉冲冲消消失失后后，亮亮度度感感觉觉还还要要一一段段时间才能消失。
26、时间才能消失。图图1-5(b)1-5(b)中中t t1 1t t2 2就就是是视视觉觉暂暂留留时时间间。在在中中等等亮亮度度的的光光刺刺激激下下，视视力力正正常常的的人人视视觉觉暂暂留留时时间间约约为为0.1 s0.1 s。人人眼眼受受到到频频率率较较低低的的周周期期性性的的光光脉脉冲冲刺刺激激时时,会会感感到到一一亮亮一一暗暗的的闪闪烁烁现现象象，如如果果将将重重复复频频率率提提高高到到某某个个定定值以上，由于视觉惰性，眼睛就感觉不到闪烁了。值以上，由于视觉惰性，眼睛就感觉不到闪烁了。26第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第26页，本讲稿共70页图图1-5人眼的视觉惰性人眼的视觉惰性
27、(a)作用于人眼的光脉冲亮度；作用于人眼的光脉冲亮度；(b)主观亮度感觉主观亮度感觉27第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第27页，本讲稿共70页 不不引引起起闪闪烁烁感感觉觉的的最最低低重重复复频频率率，称称为为临临界界闪闪烁烁频频率率。临临界界闪闪烁烁频频率率与与很很多多因因素素有有关关，其其中中最最重重要要的的是是光光脉脉冲冲亮亮度度，随随着着光光脉脉冲冲亮亮度度的的提提高高，临临界界闪闪烁烁频频率率也也会提高。会提高。临临界界闪闪烁烁频频率率还还与与亮亮度度变变化化幅幅度度有有关关 亮亮度度变变化化幅幅度度越越大大，临临界界闪闪烁烁频频率率越越高高。人人眼眼的的临临界界闪闪烁烁
28、频频率率约约为为46 46 HzHz。对对于于重重复复频频率率在在临临界界闪闪烁烁频频率率以以上上的的光光脉脉冲冲，人人眼眼不不再再感感觉觉到到闪闪烁烁，这这时时主主观观感感觉觉的的亮亮度度等等于于光脉冲亮度的平均值。光脉冲亮度的平均值。28不同频率显示图像对人眼的造成的不同感觉。不同频率显示图像对人眼的造成的不同感觉。第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第28页，本讲稿共70页第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性作业：作业：1、物体（发光体、不发光体）颜色、物体（发光体、不发光体）颜色与哪些因素有关？与哪些因素有关？2、人眼具有哪些视觉特性？、人眼具有哪些视觉特性？第29页，本讲
29、稿共70页1.3 1.3 色色 度度 学学 1.3.1彩色三要素彩色三要素 描描述述一一种种色色彩彩需需要要用用亮亮度度、色色调调和和饱饱和和度度三三个基本参量，这三个参量称为彩色三要素。个基本参量，这三个参量称为彩色三要素。亮亮度度反反映映光光的的明明亮亮程程度度。彩彩色色光光辐辐射射的的功功率率越越大大，亮亮度度越越高高，反反之之亮亮度度越越低低。不不发发光光物物体体的的亮亮度度取取决决于于它它反反射射光光功功率率的的大大小小。若若照照射射物物体体的的光光强强度度不不变变，物物体体的的反反射射性性能能越越好好，物物体体越越明明亮亮，反反之之越越暗暗。对对于于一一定定的的物物体体，照照射光越
30、强，射光越强，物体越明亮，反之越暗。物体越明亮，反之越暗。30第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第30页，本讲稿共70页 色色调调反反映映彩彩色色的的类类别别，例例如如红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、蓝蓝、紫紫等等不不同同颜颜色色。发发光光物物体体的的色色调调由由光光的的波波长长决决定定，不不同同波波长长的的光光呈呈现现不不同同的的色色调调，不不发发光光物物体体的的色色调调由由照照明明光光源源和和该该物物体体的的吸吸收收、反反射射或或透透射射特特性性共共同决定。同决定。色色饱饱和和度度反反映映彩彩色色光光的的深深浅浅程程度度。同同一一色色调调的的彩彩色色光光，会会给给人人以以深深浅浅不不
31、同同的的感感觉觉，深深红红、粉粉红红是是两两种种不不同同饱饱和和度度的的红红色色，深深红红色色饱饱和和度度高高，粉红色饱和度低。粉红色饱和度低。31第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性亮度、色调、饱和度变化视觉上的影响。亮度、色调、饱和度变化视觉上的影响。第31页，本讲稿共70页 饱饱和和度度与与彩彩色色光光中中的的白白光光比比例例有有关关，白白光光比比例例越越大大，饱饱和和度度越越低低。高高饱饱和和度度的的彩彩色色光光可可加加白白光光来来冲冲淡淡成成低低饱饱和和度度的的彩彩色色光光。饱和度最高称为饱和度最高称为纯色或饱和色纯色或饱和色。谱谱色色光光就就是是纯纯色色光光，其其饱饱和和度度
32、为为100%100%。饱饱和和度度低低于于100%100%的的彩彩色色称称为为非非饱饱和和色色，日日常常生生活活中中所所见见到到的的大大多多数数彩彩色色是是非非饱饱和和色色。白白光光的的饱饱和和度度为为0 0。色色饱饱和和度度和和色色调调合合称称为为色度色度，它表示彩色的种类和彩色的深浅程度。，它表示彩色的种类和彩色的深浅程度。32第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第32页，本讲稿共70页 1.3.2三基色原理三基色原理 根根据据人人眼眼的的视视觉觉特特性性，在在电电视视机机中中重重现现图图像像时时并并不不要要求求完完全全重重现现原原景景物物反反射射或或透透射射光光的的光光谱谱成成分分
33、，而而应获得与原景物相同的彩色感觉。应获得与原景物相同的彩色感觉。因因此此仿仿效效人人眼眼三三种种锥锥状状细细胞胞，可可以以任任选选三三种种基基色色，三三种种基基色色必必须须是是相相互互独独立立的的，任任一一种种基基色色都都不不能能由由其其他他两两种种基基色色混混合合得得到到，将将它它们们按按不不同同比比例例进进行组合，可得到自然界中绝大多数的彩色。行组合，可得到自然界中绝大多数的彩色。33第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第33页，本讲稿共70页 具具有有这这种种特特性性的的三三个个单单色色光光叫叫基基色色光光，这这三三种种颜颜色色叫叫三三基基色色。并并总总结结出出三三基基色色原原理
34、理：自自然然界界中中绝绝大大多多数数的的彩彩色色可可以以分分解解为为三三基基色色，三三基基色色按按一一定定比比例例混混合合，可可得得到自然界中绝大多数彩色。到自然界中绝大多数彩色。混混合合色色的的色色调调和和饱饱和和度度由由三三基基色色的的混混合合比比例例决决定定，混混合合色色的的亮亮度度等等于于三三种种基基色亮度之和。色亮度之和。34第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第34页，本讲稿共70页因为人眼的三种锥状细胞对红光、因为人眼的三种锥状细胞对红光、绿光和蓝光最敏感，绿光和蓝光最敏感，所以在红色、绿色所以在红色、绿色和蓝色光谱区中选择三个基色按适当比和蓝色光谱区中选择三个基色按适当比
35、例混色可得到较多的彩色。在彩色电视例混色可得到较多的彩色。在彩色电视中，选用了红、中，选用了红、绿、绿、蓝作为三基色，分蓝作为三基色，分别用别用R、G、B来表示。来表示。国际照明委员会国际照明委员会(CIE)选定了红基色选定了红基色的波长为的波长为700nm，绿基色的波长为绿基色的波长为546.1nm，蓝基色的波长为蓝基色的波长为435.8nm。35第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第35页，本讲稿共70页 三三基基色色原原理理是是彩彩色色电电视视技技术术的的基基础础，摄摄像像机机把把图图像像分分解解成成三三基基色色信信号号，电电视视机又用三基色信号还原出原图像的色彩。机又用三基色信号
36、还原出原图像的色彩。三三基基色色光光相相混混合合得得到到的的彩彩色色光光的的亮亮度度等等于于三三种种基基色色亮亮度度之之和和，这这种种混混合合色色称称为为相相加加混混色色。将将三三束束等等强强度度的的红红、绿绿、蓝蓝圆圆形形单单色色光光同同时时投投射射到到白白色色屏屏幕幕上上，会会出出现现三三基基色色的的圆圆图图，其其混混合合规规律律如如图图1-61-6所示。所示。第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第36页，本讲稿共70页图图1-6相加混色相加混色37混色的演示混色的演示实验实验第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第37页，本讲稿共70页红色红色+绿色绿色=黄色黄色 绿色绿色+蓝
37、色蓝色=青色青色 蓝色蓝色+红色红色=紫色紫色 红色红色+绿色绿色+蓝色蓝色=白色白色适适当当改改变变三三束束光光的的强强度度，可可以以得得到到自自然然界界中常见的彩色光。中常见的彩色光。红色红色+青色青色=白色白色 绿色绿色+紫色紫色=白色白色 蓝色蓝色+黄色黄色=白色白色38第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第38页，本讲稿共70页 当当两两种种颜颜色色混混合合得得到到白白色色时时，这这两两种种颜颜色色称称为为互互补补色色。红红与与青青互互为为补补色色，绿绿与与紫紫互互为为补补色色，蓝与黄互为补色。蓝与黄互为补色。在彩色电视技术中，在彩色电视技术中，常用两种相加混色法。常用两种相加
38、混色法。空空间间混混色色法法：是是同同时时将将三三种种基基色色光光分分别别投投射射到到同同一一表表面面上上彼彼此此相相距距很很近近的的三三个个点点上上，由由于于人人眼眼的的分分辨辨力力有有限限，能能产产生生三三种种基基色色光光混混合合的的色色彩彩感感觉觉。空空间间混混色色法法是是同同时时制制彩彩色色电电视视的的基基础。础。39第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第39页，本讲稿共70页 时时间间混混色色法法：是是将将三三种种基基色色光光轮轮流流投投射射到到同同一一表表面面上上，只只要要轮轮换换速速度度足足够够快快，加加之之视视觉觉惰惰性性，就就能能得得到到相相加加混混色色的的效效果果。时
39、间混色法是顺序制彩色电视的基础。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性时间和空间混色效果时间和空间混色效果第40页，本讲稿共70页 1.3.3 1.3.3 颜色的度量颜色的度量 1.1.配色实验配色实验 给给定定一一种种彩彩色色光光，可可通通过过配配色色实实验验来来确确定定其其所所含含三三基基色色的的比比例例，配配色色实实验验装装置置如如图图1-7 1-7 所所示示。实实验验装装置置是是由由两两块块互互成成直直角角的的理理想想白白板板将将观观察察者者的的视视场场一一分分为为二二，在在一一块块白白板板上上投投射射待待配配色色，另另一一块块白白板板上上投射三基
40、色。投射三基色。41第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第41页，本讲稿共70页图图1-7配色实验配色实验42第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性配色动画配色动画第42页，本讲稿共70页调调节节三三基基色色光光的的强强度度，直直至至两两块块白白板板上上彩彩色色光光引引起起的的视视觉觉效效果果完完全全相相同同。记记下下三三基基色色调调节节器器上上的的光光通通量量读读数数，便便可可写写出出配配色色方方程：程：FR(R)+G(G)+B(B)（1-3）43第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性式中，式中，F为待配色的彩色光的彩色量，为待配色的彩色光的彩色量，(R)、(G)、(B)为三基
41、色单位量，其中为三基色单位量，其中1(R)=1lm，1(G)=4.5907lm，1(B)=0.0601lm，R、G、B为三色分布系数。为三色分布系数。第43页，本讲稿共70页要要配配出出彩彩色色量量F，必必须须将将R单单位位的的红红基基色色、G单位的绿基色和单位的绿基色和B单位的蓝基色加以混合。单位的蓝基色加以混合。R、G、B的的比比例例关关系系确确定定了了所所配配彩彩色色光光的的色色度度(含含色色调调和和饱饱和和度度)，R、G、B数数值值确确定定了了所所配配彩彩色色光光的的光光通通量量（亮亮度度）。R(R)、G(G)、B(B)分分别别代代表表彩彩色色量量F中中所所含含三三基基色色的的光光通通
42、量量成分，又称为彩色分量。成分，又称为彩色分量。44第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第44页，本讲稿共70页配配成成标标准准白白光光E白白所所需需红红、绿绿、蓝蓝三三基基色色的的光光通通量量比比为为1 4.5907 0.0601,为为了了简简化化计计算算，规规定定红红基基色色光光单单位位量量的的光光通通量量为为1lm，绿绿基基色色光光和和蓝蓝基基色色光光单单位位量量的的光光通通量分别为量分别为4.5907lm和和0.0601lm。45第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第45页，本讲稿共70页2.XYZ制色度图制色度图 配配色色实实验验的的物物理理意意义义明明确确，但但进进行行
43、定定量量计计算算却却比比较较复复杂杂，实实际际使使用用很很不不方方便便，为为此此进进行行了了坐坐标标变变换：换：（X）=0.4185（R）-0.0912（G）+0.0009（B）（Y）=-0.1587（R）+0.2524（G）+0.0025（B）（Z）=-0.0828（R）+0.0157（G）+0.1786（B）(1-4)但是但是(X)、(Y)、(Z)不代表实际彩色，故称其为计算不代表实际彩色，故称其为计算三基色三基色。46第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第46页，本讲稿共70页在在XYZ计色制中，计色制中，任何一种彩色的配色方程式可任何一种彩色的配色方程式可表示为表示为 F=X（X
44、）+Y（Y）+Z（Z）（1-5）式中，式中，X、Y、Z为标准三色系数，为标准三色系数，(X)、(Y)、(Z)为标准三基色单位。为标准三基色单位。在在XYZ计色制中标准三色系数计色制中标准三色系数均为正数，均为正数，系数系数Y的数值等于合成彩色光的全部亮度，的数值等于合成彩色光的全部亮度，系数系数X、Z不包含亮度不包含亮度,合成彩色光色度仍由合成彩色光色度仍由X、Y、Z的比值的比值决定。决定。当当X=Y=Z时，时，配出等能白光配出等能白光E白白。47第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第47页，本讲稿共70页(1-6)48色度是由三色系数色度是由三色系数X、Y、Z的相对值确定的相对值确定的
45、，的，与与X、Y、Z的绝对值无关，的绝对值无关，如果仅考虑如果仅考虑色度值时，色度值时，可以用三色系数的相对值表示。可以用三色系数的相对值表示。第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第48页，本讲稿共70页式式中中,m为为色色模模，表表示示某某彩彩色色光光所所含含标标准准三三基基色色单单位位的的总总量量，它它与与光光通通量量有有关关，对对颜颜色色不不产产生生影影响响；x、y、z为为相相对对色色度度系数，系数，又叫又叫色度坐标色度坐标。由式由式(1-6)可知可知 x+y+z=1(1-7)式式(1-7)表明，表明，当某一彩色量当某一彩色量F的相对色的相对色度系数度系数x、y已知时，已知时，则则
46、z也为已知，也为已知，即即z是是一个非独立的参量。一个非独立的参量。这样就可将由配色实这样就可将由配色实验得到的数据，验得到的数据，换算成换算成x、y坐标值，坐标值，并画并画出其平面图形，即出其平面图形，即x-y标准色度图，标准色度图，如图如图1-8所示。所示。49第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第49页，本讲稿共70页图图1-8 标准色度图和显象三基色标准色度图和显象三基色50第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第50页，本讲稿共70页 该色度图具有如下特点该色度图具有如下特点:舌形曲线全部位于第一象限，所有的单色光都位舌形曲线全部位于第一象限，所有的单色光都位于舌形曲线上，
47、舌形曲线称为于舌形曲线上，舌形曲线称为谱色轨迹。谱色轨迹。它们的饱和度它们的饱和度均为均为100%100%，曲线旁注有单色光波长值。，曲线旁注有单色光波长值。舌形曲线上任一点与舌形曲线上任一点与E E白点的连线称为等白点的连线称为等色调线。色调线。不在同一等色调线上的任意两点，表示了两种不不在同一等色调线上的任意两点，表示了两种不同的颜色，由这两种颜色组成的全部混合色都处在这两点同的颜色，由这两种颜色组成的全部混合色都处在这两点的连线上。的连线上。第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性51第51页，本讲稿共70页 饱和度相同的彩色所对应的各点的饱和度相同的彩色所对应的各点的连线称为等饱和度
48、线，见图中所注。连线称为等饱和度线，见图中所注。在谱色曲线内任取三点对应的彩色在谱色曲线内任取三点对应的彩色作基色作基色(例如例如,图中图中R1、G1、B1)，则由此三，则由此三基色混合而成的所有彩色都包含在以这三基色混合而成的所有彩色都包含在以这三点为顶点的三角形内。点为顶点的三角形内。第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性52第52页，本讲稿共70页1.3.4显像三基色和亮度公式显像三基色和亮度公式 1.显像三基色显像三基色彩彩色色电电视视重重现现图图像像是是靠靠彩彩色色显显像像管管屏屏幕幕上上三三种种荧荧光光粉粉在在电电子子束束轰轰击击下下发发出出红红、绿绿、蓝蓝三三种种基基色色光光
49、混混合合而而得得到到的的，这这三三种种基色称为显像三基色。基色称为显像三基色。我我们们希希望望选选出出的的显显像像三三基基色色在在色色度度图图上上的的三三角角形形面面积积尽尽可可能能大大些些，这这会会使使混混合合出出来来的的色色彩彩更更丰丰富富，同同时时还还要要求求荧荧光光粉粉的的发发光效率尽可能高。光效率尽可能高。53第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性第53页，本讲稿共70页 不不同同彩彩色色电电视视制制式式所所选选用用的的显显像像三三基基色色是是不不同同的的，选选用用标标准准白白光光也也不不一一样样。NTSC制制和和PAL制制采采用用的的显显像像三三基基色色和和标标准准白白光光的的
50、色色度度坐坐标标如如表表1-2所所示示，在在色色度度图图中中的的位位置置分分别见图别见图1-8中的虚线三角形和实线中的虚线三角形和实线三角形。三角形。54第一章第一章 彩色与视觉特性彩色与视觉特性表表1-2 1-2 显像三基色和标准白光的色度坐标显像三基色和标准白光的色度坐标 第54页，本讲稿共70页2.亮度公式亮度公式由由显显像像三三基基色色和和标标准准白白光光的的色色度度坐坐标标经经线线性性矩矩阵阵变变换换可可导导出出NTSC制制中中显显像像三三基基色色Re1、Ge1、Be1和和X、Y、Z之之间间的的关关系系式式为为X=0.607Re1+0.174Ge1+0.200Be1Y=0.299Re