《视频技术基础》第一章.ppt

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1、第一章第一章 视觉特性与计色制视觉特性与计色制 电视是提供给人眼的视觉感观的，在电视是提供给人眼的视觉感观的，在讨论电视信号之前对光、色彩、人眼的视讨论电视信号之前对光、色彩、人眼的视觉特性等进行讨论。觉特性等进行讨论。1.1 光学基础光学基础 1.1.1 可见光谱可见光谱:光是一种电磁波光是一种电磁波 电磁辐射的波长范围很宽，电磁辐射的波长范围很宽，按波长从长按波长从长到短的顺序排列，到短的顺序排列，依次是无线电波、依次是无线电波、红外线、红外线、可见光、可见光、紫外线、紫外线、X射线和宇宙射线等。射线和宇宙射线等。波波长长在在380780 nm范范围围内内的的电电磁磁波波能能够够使人眼产生

2、颜色感觉，使人眼产生颜色感觉，称为称为可见光可见光。单色光单色光：单一波长的光，具有一种确定的颜色。：单一波长的光，具有一种确定的颜色。n 波长波长700nm700nm的光为的光为红红光；光；n 波长波长546nm546nm的光为的光为绿绿光；光；n 波长波长436nm436nm的光为的光为蓝蓝光；光；复合光复合光：两种以上波长的光混合成的混合色光。：两种以上波长的光混合成的混合色光。太太阳阳光光包包含含全全部部可可见见光光谱谱，给给人人以以白白色色感感觉觉。4107510761077107112 光源光源1，物体的颜色，物体的颜色 物体分为发光体和不发光体。物体分为发光体和不发光体。发光体发

3、光体的颜色由它本身发出的光谱（波长）所确的颜色由它本身发出的光谱（波长）所确定，定，如白炽灯发黄光和荧光灯发白光，如白炽灯发黄光和荧光灯发白光，各自有各自有其特定的光谱色。其特定的光谱色。不发光体不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照的颜色与照射光的光谱和不发光体对照射光的反射、射光的反射、透射特性有关。透射特性有关。2，光源，光源 辐射功率波谱辐射功率波谱或称光谱分布或称光谱分布相对辐射功率随不相对辐射功率随不同波长的分布，如同波长的分布，如图所示太阳的辐射图所示太阳的辐射功率谱。功率谱。图图11 太阳的辐射功率波谱太阳的辐射功率波谱绝对黑体与色温绝对黑体与色温 绝对黑体绝对黑体全辐射体

4、，是指不反射，全辐射体，是指不反射，不透射，完全吸收入射辐射的物体。不透射，完全吸收入射辐射的物体。光源的光源的色温色温光源的可见光谱与某温度的光源的可见光谱与某温度的绝对黑体辐射的可见光谱相同时，绝对黑绝对黑体辐射的可见光谱相同时，绝对黑体的温度称为该光源的色温，单位以绝对体的温度称为该光源的色温，单位以绝对温度开氏度（温度开氏度（K）表示。）表示。色温与光源的实际温度无关。色温与光源的实际温度无关。3，标准光源，标准光源 在电视节目在电视节目摄制时，比较讲摄制时，比较讲究色温，它关系究色温，它关系到色彩的还原到色彩的还原性。性。(1)A光源光源 色温为色温为2854 K的白光，的白光，光谱

5、偏红，光谱偏红，相相当于充气钨丝灯所产生的光。当于充气钨丝灯所产生的光。(4)D65光光源源 色色温温为为6504 K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（荧荧光光灯灯），它它是是PAL制制彩彩色色电电视视的白光标准光源。的白光标准光源。113 人眼的光学特性与视觉光谱光效率人眼的光学特性与视觉光谱光效率 曲线曲线人眼的构造人眼的构造视神经视神经视觉光谱光效率视觉光谱光效率V（）曲线）曲线(视觉灵敏度)人眼对光的人眼对光的敏感程度即亮度敏感程度即亮度感觉，不仅与光感觉，不仅与光的辐射功率有关，的辐射功率有关，而且与光的波长而且与光的波长有关。有关。人眼最敏感的光波长为人眼最敏

6、感的光波长为555 nm，颜色是颜色是 草绿色，草绿色，人眼看起来省力，人眼看起来省力，不易疲劳。不易疲劳。114 光度学中的基本参量光度学中的基本参量1.发光强度发光强度 是光源在是光源在给定方向给定方向上的辐射强度上的辐射强度。用符号用符号Iv表示。表示。其单位名称为其单位名称为cd.坎德拉坎德拉。2光通量光通量 光通量是按人眼光感觉来度量光通量是按人眼光感觉来度量光的辐射功率光的辐射功率。用符号用符号表示。表示。其单位名称为其单位名称为流明流明(lm)。n 40 W的钨丝灯泡输出的光通量为的钨丝灯泡输出的光通量为468 lm n 40 W的日光灯可以输出的日光灯可以输出2100 lm的光

7、通量的光通量 国国际际通用的光通量的通用的光通量的单单位是流明。位是流明。1瓦瓦辐辐射功率的射功率的555毫微米波毫微米波长长的的单单色光（色光（绿绿）所）所产产生的光通量生的光通量为为683流明。流明。那么，那么，1光瓦光瓦683流明流明 1流明流明光瓦光瓦3.照度照度Ev 光照度光照度Ev表示表示被照明的被照明的物体物体表面表面单位单位面积上所接收光通量面积上所接收光通量。单位勒单位勒(克斯克斯),符号为符号为lx。1勒勒(克斯克斯)等于等于1流明的光通量均匀分布在流明的光通量均匀分布在1平平方米面积上的光照度。方米面积上的光照度。n1 lm/m2=1 lx 亮度是指发光面在亮度是指发光面

8、在指定方向指定方向的发光强度与的发光强度与发光面在垂直于所取方发光面在垂直于所取方向的平面上的投影之比。向的平面上的投影之比。4.亮度亮度Lv AO若若Iv1cd，dS=1m2，则亮度的单位是则亮度的单位是1cd/m2（1尼特）。尼特）。实验表明，人眼觉察亮度变化的能力是实验表明，人眼觉察亮度变化的能力是有限的，而且对不同亮度有限的，而且对不同亮度L能觉察的最小亮度能觉察的最小亮度变化也不同。变化也不同。Lm是是人眼刚好能区分中央小块和人眼刚好能区分中央小块和背景时二者的亮度差别，称为背景时二者的亮度差别，称为可见度阈值可见度阈值，或，或亮度辨别阈值。亮度辨别阈值。L1.2 人眼视觉的基本特性

9、人眼视觉的基本特性121 人眼的亮度感觉特性人眼的亮度感觉特性2人眼觉察亮度变化的能力与亮度感觉人眼觉察亮度变化的能力与亮度感觉 人眼的亮度感觉差别决定于相对亮度变化，人眼的亮度感觉差别决定于相对亮度变化，亮度感觉亮度感觉S与亮度与亮度L的对数成线性关系，即的对数成线性关系，即 亮度亮度增加到增加到10倍，倍，亮度感觉亮度感觉才增加才增加1倍。这一规倍。这一规律称为韦勃费赫涅尔定律（律称为韦勃费赫涅尔定律（Weber-Fechner Law）。）。最大亮度最大亮度Lmax与最小亮度与最小亮度Lmin之比之比 人眼的明暗感觉是相对的，并不由绝对亮度来决人眼的明暗感觉是相对的，并不由绝对亮度来决定

10、。重现的图像亮度无需与景物的实际亮度相等，定。重现的图像亮度无需与景物的实际亮度相等，只需保持二者的只需保持二者的对比度对比度C不变，在屏幕前人眼就可以不变，在屏幕前人眼就可以获得与景物相同的主观亮度感觉。获得与景物相同的主观亮度感觉。对对比度比度C122 人眼的分辨率人眼的分辨率 人眼的分辨力人眼的分辨力人眼对景物细节的分人眼对景物细节的分辨能力。辨能力。眼睛分辨景色细节的能力有一个极限值，眼睛分辨景色细节的能力有一个极限值，我们将这种分辨细节的能力称为人眼的分我们将这种分辨细节的能力称为人眼的分分辨力。分辨力。人眼进行分辨力测试的方法人眼进行分辨力测试的方法 分辨力（分辨力（视觉锐视觉锐度

11、）等于度）等于1/它的量它的量纲纲是是1/分。人眼在日分。人眼在日间视觉间视觉下，下，视视敏角大敏角大约为约为 左右。左右。1.2.3 视觉的时间响应特性视觉的时间响应特性1.视觉暂留与闪烁视觉暂留与闪烁 实验证明，当一定强度的光突然作用于实验证明，当一定强度的光突然作用于人眼时，不能在瞬间形成稳定的主观亮度感人眼时，不能在瞬间形成稳定的主观亮度感觉，而有一个短暂的过渡过程。觉，而有一个短暂的过渡过程。视觉暂留视觉暂留 如果作用于人眼的如果作用于人眼的光突然消失后，则主观光突然消失后，则主观亮度感觉并不立即消失，亮度感觉并不立即消失，而是按近似指数规律下而是按近似指数规律下降。降。人眼的主观亮

12、度感人眼的主观亮度感觉总是在时间上滞后于觉总是在时间上滞后于实际亮度的改变实际亮度的改变，这一这一特性称为特性称为视觉惰性视觉惰性或视或视觉暂留。觉暂留。实际亮度实际亮度亮度感觉亮度感觉L0mLmt 人眼在周期性光脉冲的刺激下，当频率选人眼在周期性光脉冲的刺激下，当频率选择不当（偏低）时，人眼会产生一明一暗的择不当（偏低）时，人眼会产生一明一暗的感觉感觉闪烁。闪烁。临界闪烁频率临界闪烁频率不产生闪烁的最低重复不产生闪烁的最低重复频率。频率。fc45.8Hz。13 彩色视觉与三基色原理彩色视觉与三基色原理 131 彩色视觉彩色视觉1）同谱异色）同谱异色:同一彩色刺激，或者同一光辐射，会同一彩色刺

13、激，或者同一光辐射，会引起不同的彩色感觉；引起不同的彩色感觉；2）异谱同色）异谱同色:不同彩色刺激，或者不同光辐射，会不同彩色刺激，或者不同光辐射，会引起相同的彩色感觉；引起相同的彩色感觉；电视和彩色电视中就是根据或利用了人眼的这些视电视和彩色电视中就是根据或利用了人眼的这些视觉特性而设计的觉特性而设计的132描述彩色的三个基本参量描述彩色的三个基本参量 描述彩色视觉采用三个基本参量描述彩色视觉采用三个基本参量亮度、亮度、色调、色饱和度色调、色饱和度彩色的三种特性。彩色的三种特性。亮度亮度光作用于人眼所产生的光作用于人眼所产生的明暗程明暗程度度的感觉（与光通量有关）。的感觉（与光通量有关）。彩

14、色光辐射的功率越大，彩色光辐射的功率越大，亮度越高。亮度越高。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，物体越明亮，物体越明亮，反之越暗。反之越暗。色调色调颜色的类别颜色的类别 发光物体的色调由光的波长决定，发光物体的色调由光的波长决定，不同波不同波长的光呈现不同的色调；长的光呈现不同的色调；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、反射或透射特性共同决定。反射或透射特性共同决定。色饱和度色饱和度彩色的深浅程度彩色的深浅程度 饱

15、和度与彩色光中的饱和度与彩色光中的白光比例白光比例有关，有关，白光比白光比例越大，例越大，饱和度越低；白光比例越少，饱和度越低；白光比例越少，饱和度饱和度越高。越高。完完全全不不含含白白光光的的彩彩色色饱饱和和度度最最高高称称为为纯纯色色或或饱和色。饱和色。谱色光就是纯色光，谱色光就是纯色光，其饱和度为其饱和度为100%。色色饱饱和和度度和和色色调调合合称称为为色色度度，它它表表示示彩彩色的种类和彩色的深浅程度。色的种类和彩色的深浅程度。人眼有三种感色细胞：红敏细胞，绿敏细胞，人眼有三种感色细胞：红敏细胞，绿敏细胞，兰敏细胞。兰敏细胞。某种彩色光作用于人眼时，三种感色细胞吸收不某种彩色光作用于

16、人眼时，三种感色细胞吸收不同的光通量：同的光通量：R,G,B人眼对该彩色光的感觉为：人眼对该彩色光的感觉为：亮度亮度感觉由感觉由总的光通量总的光通量R G B决定；决定；色度色度感觉由三者感觉由三者比例比例决定。决定。1.3.3 人眼的彩色分辨力人眼的彩色分辨力1人眼对彩色细节的分辨力人眼对彩色细节的分辨力 人眼对彩色细节的分辨能力较差，对黑白细人眼对彩色细节的分辨能力较差，对黑白细节的分辨力较强。节的分辨力较强。人眼对不同色调细节的分辨力也不相同。人眼对不同色调细节的分辨力也不相同。即在同样的照度条件下，能分清绿色细节时，即在同样的照度条件下，能分清绿色细节时，对红、兰细节就往往分不清对红、

17、兰细节就往往分不清。n思考题：思考题：n1、视频技术有哪些主要应用方式？、视频技术有哪些主要应用方式？n2、在红光照射下，白纸、红纸、绿纸各呈、在红光照射下，白纸、红纸、绿纸各呈什么颜色？带上绿色眼镜呢？什么颜色？带上绿色眼镜呢？n3、电视画面换幅频率过低或过高会造成什、电视画面换幅频率过低或过高会造成什么影响？么影响？134 三基色原理与相加混色三基色原理与相加混色 1.三基色原理三基色原理 自然界中，绝大多数的彩色都可以由三种自然界中，绝大多数的彩色都可以由三种基色按不同的比例相加混合得到。基色按不同的比例相加混合得到。三种基色彼此独立，三种基色彼此独立，其中一种基色不能其中一种基色不能用

18、其它两种基色混合得到。用其它两种基色混合得到。2.相加混色：相加混色：在彩色电视中，在彩色电视中，选用了红、选用了红、绿、绿、蓝作为三蓝作为三基色，基色，分别用分别用R、G、B来表示。来表示。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定，决定，混合色的亮度等于三种基色亮度之和。混合色的亮度等于三种基色亮度之和。三基色原理是彩色电视技术的基础，三基色原理是彩色电视技术的基础，摄像机把图摄像机把图像分解成三基色信号，像分解成三基色信号，电视机又用三基色信号电视机又用三基色信号还原出原图像的色彩。还原出原图像的色彩。三基色光相混合得到的三基色光相混合得到的彩色光的

19、亮度等于三种基色亮度之和，彩色光的亮度等于三种基色亮度之和，这种混这种混合称为合称为相加混色相加混色。红红黄黄白白绿绿品品青青蓝蓝相加混色相加混色 混色规律：混色规律：红绿黄红绿黄 红兰紫红兰紫 绿兰青绿兰青 红绿兰白红绿兰白n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，绿与紫互为补色，绿与紫互为补色，蓝与黄互为补色。蓝与黄互为补色。n 红红色色+青青色色=白色白色 n 绿绿色色+紫紫色色=白色白色 n 蓝蓝色色+黄黄色色=白色白色3.混色方法混色方法1时间混色法：三种基色交替出现；时间混色法：三种基色交替出现；2空

20、间混色法：三种基色同时出现；空间混色法：三种基色同时出现；3生理混色法：两只眼睛分别观看不同生理混色法：两只眼睛分别观看不同色彩；色彩；4全反射法：三种基色同时投射在一块全反射法：三种基色同时投射在一块反射面上；反射面上；14 RGB计色制与色度图计色制与色度图 所谓计色制，就是如何用基色来所谓计色制，就是如何用基色来描述（表示）彩色。描述（表示）彩色。解析表示解析表示配色方程配色方程 图解表示图解表示色度图色度图1.配色实验：配色实验：选定三种基色选定三种基色：波长波长700nm红光红光 波长波长546.1nm绿光绿光 波长波长435.8nm蓝光蓝光1.4.1 配色实验与配色方程配色实验与配

21、色方程光量调节光量调节三基色光源三基色光源RGB待配彩色待配彩色视场视场配色实验原理图配色实验原理图 采用实验的方法进行测定，配标准白光，三基色采用实验的方法进行测定，配标准白光，三基色光的光通量比例为光的光通量比例为2.配色方程：配色方程：1个红基色单位：个红基色单位：1R光通量为光通量为1lm的红光的红光1个绿基色单位：个绿基色单位：1G光通量为光通量为4.5907lm 的绿光的绿光1个蓝基色单位：个蓝基色单位：1B 光通量为光通量为0.0601lm 的蓝光的蓝光 对于标准白光可表示为，对于标准白光可表示为，对于任意颜色的配色结果为：对于任意颜色的配色结果为：（配色方程配色方程）R、G、B

22、为为三色系数三色系数，三者之比决定三者之比决定F的色的色 度（颜色）。度（颜色）。三色单位三色单位R、G、B 三色分量三色分量RR、GG、BB1.6 彩色的分解与正确重现彩色的分解与正确重现 1.彩色的分解与重现：彩色的分解与重现：分解分解合成合成2.亮度方程亮度方程 由显像三基色配出的任意彩色光的亮度为由显像三基色配出的任意彩色光的亮度为 Y=0.3R+0.59G+0.11B亮度公式可用于彩色光的亮度计算。亮度公式可用于彩色光的亮度计算。R、G、B为三色系数；为三色系数；Y为由三基色合成的彩色光的亮度。为由三基色合成的彩色光的亮度。n思考题：黄色、青色和红色相加混合后是思考题：黄色、青色和红色相加混合后是什么颜色？什么颜色？n作业：作业：P41:1.6题题,1.7题题.