第1章(电视原理与接收技术).ppt

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1、国防工业出版社国防工业出版社赵坚勇赵坚勇 编著编著电视原理与接收技术电视原理与接收技术 彩色与视觉特性彩色与视觉特性 第第1 1章章 内容提要内容提要 本章介绍与电视有关的基本知识，主要内容包括光的性本章介绍与电视有关的基本知识，主要内容包括光的性质、人眼的视觉特性、色度学的基本原理。质、人眼的视觉特性、色度学的基本原理。知识要点 可见光谱的波长范围；可见光谱的波长范围； 同色异谱现象同色异谱现象 物体的颜色物体的颜色； 标准光源标准光源； 光通量和光照度；光通量和光照度； 人眼的视觉灵敏度、彩色视觉、分辨力和视觉惰人眼的视觉灵敏度、彩色视觉、分辨力和视觉惰性；性； 彩色三要素和三基色原理；彩

2、色三要素和三基色原理； 标准色度图和亮度公式标准色度图和亮度公式。教学建议 电视中的许多重要概念都在本章引入，必须给予足够电视中的许多重要概念都在本章引入，必须给予足够的重视的重视。 要求了解要求了解可见光谱的波长范围可见光谱的波长范围，了解同色异谱的现象。，了解同色异谱的现象。 掌握掌握物体的颜色及其与照射光的关系，这是本章难点物体的颜色及其与照射光的关系，这是本章难点。 了解了解标准光源标准光源，了解光通量和光照度，了解光通量和光照度。 熟悉熟悉人眼的视觉灵敏度、彩色视觉、分辨力和视觉惰人眼的视觉灵敏度、彩色视觉、分辨力和视觉惰 性。性。 熟悉彩色三要素和三基色原理熟悉彩色三要素和三基色原

3、理，掌握掌握三基色圆图。三基色圆图。 了解标准色度图，掌握亮度公式。了解标准色度图，掌握亮度公式。 建议学时数为建议学时数为3 3学时学时 目 录 n1.11.1光的性质光的性质 n 1.21.2人眼的视觉特性人眼的视觉特性 n 1.3 1.3 色度学色度学 1.11.1光的性质光的性质 1.1.1 1.1.1 可见光谱可见光谱 1.1.2 1.1.2 物体的颜色物体的颜色 1.1.3 1.1.3 标准光源标准光源 1.1.41.1.4 光的度量单位光的度量单位 光是一种电磁辐射。电磁辐射的波长范围光是一种电磁辐射。电磁辐射的波长范围很宽，按波长从长至短的顺序排列是无线电波、很宽，按波长从长至

4、短的顺序排列是无线电波、红外线、可见光、紫外线、红外线、可见光、紫外线、X X射线和宇宙射线射线和宇宙射线等。图等。图1-11-1是电磁波按波长的顺序排列，称作是电磁波按波长的顺序排列，称作电磁波谱。波长在电磁波谱。波长在380380780nm780nm范围内的电磁波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只占极小一段，可见光谱光在整个电磁波谱中只占极小一段，可见光谱的波长由的波长由780nm780nm向向380nm380nm变化时，人眼产生颜色变化时，人眼产生颜色感觉依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫感觉依次是红、橙、黄、

5、绿、青、蓝、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。光包含全部可见光谱，给人以白色感觉。1.1.1 1.1.1 可见光谱可见光谱 光谱完全不同的光，人眼有时会有相同的色感。用波长540nm的绿光和700nm的红光按一定比例混合可以使人眼得到580nm黄光的色感。这种由不同光谱混合出的光给人眼相同色感的现象叫同色异谱。 10105 5图图1-1 1-1 电磁辐射波谱电磁辐射波谱频率（频率（HzHz）波长（波长（m m）101010101010151510102020101025253 310103 33

6、31010-7-73 31010-2-23 31010-12-123 31010-17-17无线电波无线电波红外线红外线紫外线紫外线X X射线射线宇宙射线宇宙射线红红橙橙黄黄绿绿青青蓝蓝紫紫780nm780nm380nm380nm可见光可见光 1.1.2 1.1.2 物体的颜色物体的颜色 物体分为发光体与不发光体。发光体的颜色由物体分为发光体与不发光体。发光体的颜色由它本身发出的光谱所确定，白炽灯发黄、荧光灯发它本身发出的光谱所确定，白炽灯发黄、荧光灯发白有其特定的光谱色。白有其特定的光谱色。 不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照射光的反射、透射特

7、性有关。红旗反射太阳光中照射光的反射、透射特性有关。红旗反射太阳光中的红色光、吸收其它颜色的光而呈红色；绿叶反射的红色光、吸收其它颜色的光而呈红色；绿叶反射绿色的光、吸收其它颜色的光而呈绿色；白纸反射绿色的光、吸收其它颜色的光而呈绿色；白纸反射全部太阳光而呈白色；黑板能吸收全部太阳光而呈全部太阳光而呈白色；黑板能吸收全部太阳光而呈黑色。绿叶拿到暗室的红光下观察成了黑色是因为黑色。绿叶拿到暗室的红光下观察成了黑色是因为红光源中没有绿光成分，树叶吸收了全部红光而呈红光源中没有绿光成分，树叶吸收了全部红光而呈黑色。绿色遮阳镜只能透射绿光，人戴上绿色遮阳黑色。绿色遮阳镜只能透射绿光，人戴上绿色遮阳镜后

8、看白纸和绿叶呈绿色，看红旗呈黑色。镜后看白纸和绿叶呈绿色，看红旗呈黑色。 1.1.3 1.1.3 标准光源标准光源 物体颜色受到光源的影响。在彩色电视系统中，物体颜色受到光源的影响。在彩色电视系统中，用标准白光作为照明光源。为便于对标准白光进行比用标准白光作为照明光源。为便于对标准白光进行比较和计算，用绝对黑体的辐射温度较和计算，用绝对黑体的辐射温度色温表示光源色温表示光源的光谱性能。的光谱性能。 绝对黑体也称全辐射体，是指不反射、不透射、绝对黑体也称全辐射体，是指不反射、不透射、完全吸收入射辐射的物体。它对所有波长辐射的吸收完全吸收入射辐射的物体。它对所有波长辐射的吸收系数均为系数均为1 1

9、。绝对黑体在自然界是不存在的，其实验。绝对黑体在自然界是不存在的，其实验模型是一个中空的、内壁涂黑的球体，在其上面开了模型是一个中空的、内壁涂黑的球体，在其上面开了一个极小的小孔，进入小孔的光辐射经内壁多次反射、一个极小的小孔，进入小孔的光辐射经内壁多次反射、吸收，已不能再逸出到外面，这个小孔就相当于绝对吸收，已不能再逸出到外面，这个小孔就相当于绝对黑体。黑体。 绝对黑体所辐射的光谱与它的温度密切相关。绝对黑体绝对黑体所辐射的光谱与它的温度密切相关。绝对黑体的温度越高，辐射的光谱中蓝色成分越多，红色成分越少。光的温度越高，辐射的光谱中蓝色成分越多，红色成分越少。光源的色温是这样定义的：光源的可

10、见光谱与某温度的绝对黑体源的色温是这样定义的：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或相近时，绝对黑体的温度称为该光源的辐射的可见光谱相同或相近时，绝对黑体的温度称为该光源的色温，单位以绝对温度开氏度色温，单位以绝对温度开氏度(K)(K)表示。表示。 色温与光源的实际温度无关，彩色电视机荧光屏的实际色温与光源的实际温度无关，彩色电视机荧光屏的实际温度为常温，而其白场色温是温度为常温，而其白场色温是6500K6500K。 常用的标准白光有常用的标准白光有A A、B B、C C、D D和和E E光源光源5 5种；它们的光谱种；它们的光谱分布如图分布如图l-2l-2所示。所示。图图1-2

11、1-2标准光源的光谱分布标准光源的光谱分布700700600600500500400400波长波长/nm/nm相对功率波谱相对功率波谱/%/%2002001501501001005050C CA AB BD D6565B BC CD D6565A A A A光源：色温为光源：色温为2854K2854K的白光，光谱偏红。相当的白光，光谱偏红。相当于充气钨丝白炽灯所产生的光。于充气钨丝白炽灯所产生的光。 B B光源：色温为光源：色温为4874K4874K的白光，近似中午直射的的白光，近似中午直射的太阳光。太阳光。 C C光源：色温为光源：色温为6774K6774K的白光，相当于白天的自的白光，相当

12、于白天的自然光。是然光。是NTSCNTSC制彩色电视白光标准光源。制彩色电视白光标准光源。 D D6565光源：色温为光源：色温为6504K6504K的白光，相当于白天的的白光，相当于白天的平均光照。是平均光照。是PALPAL制彩色电视的白光标准光源。制彩色电视的白光标准光源。 E E光源：色温为光源：色温为5500K5500K的等能量白光的等能量白光(E(E白白) )，为，为简化色度学计算采用的一种假想光源，实际并不存简化色度学计算采用的一种假想光源，实际并不存在。在。 电视演播室卤钨灯光源：色温为电视演播室卤钨灯光源：色温为3200K3200K，有体，有体积小、亮度高、寿命长、色温稳定等优

13、点。积小、亮度高、寿命长、色温稳定等优点。 1.1.4 1.1.4 光的度量单位光的度量单位 1. 1. 光通量光通量 光通量是按人眼的光感觉来度量的辐射功率，光通量是按人眼的光感觉来度量的辐射功率，用符号用符号表示。其单位名称为流明表示。其单位名称为流明(lm)(lm)，当，当555nm555nm的单色光辐射功率为的单色光辐射功率为1W1W时，产生的光通量时，产生的光通量为为683lm683lm，或称，或称1 1光瓦。在其它波长时，由于相对光瓦。在其它波长时，由于相对视敏度视敏度V(V() )下降，（见下降，（见1.2.11.2.1视觉灵敏度）相同视觉灵敏度）相同辐射功率所产生的光通量随之下

14、降。辐射功率所产生的光通量随之下降。 40W40W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 lm468 lm，发，发光效率为光效率为11.7 lm11.7 lmW W；40W40W的日光灯可以输出的日光灯可以输出2100 lm2100 lm的光通量，发光效率为的光通量，发光效率为52.5 lm52.5 lmW W；电；电视演播室卤钨灯发光效率可达视演播室卤钨灯发光效率可达8080100 lm100 lmW W。 2. 2. 光照度光照度 光照度光照度E E，单位勒，单位勒 克斯克斯,符号为符号为lxlx。勒勒 克斯克斯 等于等于1 1流明的光通量均匀分布于流明的光通量均匀分布于1

15、 1平平方米面积上的光照度。方米面积上的光照度。 为了对光照度单位勒有个大概的印象，为了对光照度单位勒有个大概的印象，下列数据可供参考：室外晴天光照度约为下列数据可供参考：室外晴天光照度约为1000010000勒，多云约为勒，多云约为500500勒，傍晚约为勒，傍晚约为5050勒，勒，月光约为月光约为1010-1-1勒，黄昏约为勒，黄昏约为1010-2-2勒，星光约为勒，星光约为1010-4-4勒。勒。 1.2 1.2 人眼的视觉特性人眼的视觉特性 人能感觉到图像的颜色和亮度是眼睛的生理人能感觉到图像的颜色和亮度是眼睛的生理结构造成的。电影和电视都是根据人眼的视觉特结构造成的。电影和电视都是根

16、据人眼的视觉特性发明的，电影每秒投射性发明的，电影每秒投射24幅静止画面，每画面幅静止画面，每画面投射投射2次，利用人眼的视觉惰性，看起来就与活次，利用人眼的视觉惰性，看起来就与活动景象一样。电视每秒扫描动景象一样。电视每秒扫描50幅画面，每幅画面幅画面，每幅画面是由是由312根扫描线组成的，利用人眼的视觉惰性根扫描线组成的，利用人眼的视觉惰性和有限的细节分辨能力，看起来就成了整幅的活和有限的细节分辨能力，看起来就成了整幅的活动景象，人眼的视觉特性是电视技术发展的重要动景象，人眼的视觉特性是电视技术发展的重要依据。依据。 1.2.1 1.2.1 视觉灵敏度视觉灵敏度 1.2.2 1.2.2 彩

17、色视觉彩色视觉 1.2.3 1.2.3 分辨力分辨力 1.2.4 1.2.4 视觉惰性视觉惰性 1.2.11.2.1视觉灵敏度视觉灵敏度 波长不同的可见光光波，给人的颜色感觉不同，波长不同的可见光光波，给人的颜色感觉不同，亮度感觉也不同，人眼对不同波长光的灵敏度是不亮度感觉也不同，人眼对不同波长光的灵敏度是不同的。人眼的灵敏度因人而异，同一个人眼睛的灵同的。人眼的灵敏度因人而异，同一个人眼睛的灵敏度也随年龄和健康状况有所变化，所以采用统计敏度也随年龄和健康状况有所变化，所以采用统计方法，用许多正常视力的观察者来做实验，取其平方法，用许多正常视力的观察者来做实验，取其平均值。均值。 经过对各种类

18、型人的实验进行统计，国际照明经过对各种类型人的实验进行统计，国际照明委员会委员会( (COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE，INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION，CIE)推荐标准视敏度曲线，也称相推荐标准视敏度曲线，也称相对视敏函数曲线如图对视敏函数曲线如图1-31-3中的中的V V（）。）。 可以看出人眼最敏感的光波长为可以看出人眼最敏感的光波长为555nm，颜色是草，颜色是草绿色，这一区域颜色，人眼看起来省力，不易疲劳。在绿色，这一区域颜色，人眼看起来省力，不易疲劳。在555nm两侧，随着波长的增加或减少

19、，亮度感觉逐渐降两侧，随着波长的增加或减少，亮度感觉逐渐降低。在可见光谱范围之外，辐射能量再大，人眼也是没低。在可见光谱范围之外，辐射能量再大，人眼也是没有亮度感觉的。有亮度感觉的。 图图1-31-3标准视敏度曲线标准视敏度曲线400400500500600600700700波长波长nmnm相对视敏度相对视敏度1.01.00.80.80.60.60.40.40.20.20 0V(V() )V VG G() )20V20VB B()()V VR R() ) 1.2.2 1.2.2 彩色视觉彩色视觉 人眼视网膜上有大量的光敏细胞，按形状人眼视网膜上有大量的光敏细胞，按形状分为杆状细胞和锥状细胞，杆

20、状细胞灵敏度很高，分为杆状细胞和锥状细胞，杆状细胞灵敏度很高，但对彩色不敏感，人的夜间视觉主要靠它起作用，但对彩色不敏感，人的夜间视觉主要靠它起作用，因此，在暗处只能看到黑白形象而无法辨别颜色。因此，在暗处只能看到黑白形象而无法辨别颜色。锥状细胞既可辨别光的强弱，又可辨别颜色，白锥状细胞既可辨别光的强弱，又可辨别颜色，白天视觉主要由它来完成。关于彩色视觉，科学家天视觉主要由它来完成。关于彩色视觉，科学家曾做过大量实验并提出视觉三色原理的假设，认曾做过大量实验并提出视觉三色原理的假设，认为锥状细胞又可分成三类，分别称为红敏细胞、为锥状细胞又可分成三类，分别称为红敏细胞、绿敏细胞、蓝敏细胞，它们各

21、自的相对视敏函数绿敏细胞、蓝敏细胞，它们各自的相对视敏函数曲线分别为曲线分别为VRVR（）、）、VGVG（）、）、VBVB（）如图）如图1-31-3所示，其峰值分别在所示，其峰值分别在580nm580nm、540nm540nm、440nm440nm处，处，VBVB（）曲线幅度很低，已将其放大）曲线幅度很低，已将其放大2020倍。倍。 三条曲线的总和等于相对视敏函数曲线三条曲线的总和等于相对视敏函数曲线V V（），三），三条曲线是部分交叉重叠的，很多单色光同时处于两条曲线之条曲线是部分交叉重叠的，很多单色光同时处于两条曲线之下，例如下，例如600nm600nm的单色黄光就处在的单色黄光就处在VR

22、VR（）、）、VGVG（）曲线之）曲线之下，所以下，所以600nm600nm的单色黄光既激励了红敏细胞，又激励了绿敏的单色黄光既激励了红敏细胞，又激励了绿敏细胞，引起混合的感觉。当混合红绿光同时作用于视网膜时，细胞，引起混合的感觉。当混合红绿光同时作用于视网膜时，分别使红敏细胞、绿敏细胞同时受激励，只要混合光的比例分别使红敏细胞、绿敏细胞同时受激励，只要混合光的比例适当，所引起的彩色感觉，可以与单色黄光引起的彩色感觉适当，所引起的彩色感觉，可以与单色黄光引起的彩色感觉完全相同。完全相同。 不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的，产生的不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的，产生的彩色视觉各异，

23、人眼因此能分辨出五光十色的颜色。在电视彩色视觉各异，人眼因此能分辨出五光十色的颜色。在电视技术中利用了这一原理，在图像重现时，不是重现原来景物技术中利用了这一原理，在图像重现时，不是重现原来景物的光谱分布，而是利用三种相似于红、绿、蓝锥状细胞特性的光谱分布，而是利用三种相似于红、绿、蓝锥状细胞特性曲线的三种光源进行配色，在色感上得到相同的效果。曲线的三种光源进行配色，在色感上得到相同的效果。1.2.3 1.2.3 分辨力分辨力 分辨力是指人眼在观看景物时对细节的分辨能力。对人分辨力是指人眼在观看景物时对细节的分辨能力。对人眼进行分辨力测试的方法如图眼进行分辨力测试的方法如图1-4所示，在眼睛的

24、正前方放所示，在眼睛的正前方放一块白色的屏幕，屏幕上面有两个相距很近的小黑点，逐渐一块白色的屏幕，屏幕上面有两个相距很近的小黑点，逐渐增加画面与眼睛之间的距离，当距离增加到一定长度时，人增加画面与眼睛之间的距离，当距离增加到一定长度时，人眼就分辨不出有两个黑点存在，感觉只有一个黑点，这说明眼就分辨不出有两个黑点存在，感觉只有一个黑点，这说明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辨力或视觉锐度。分辨力的定义是：节的能力称为人眼的分辨力或视觉锐度。分辨力的定义是：眼睛对被观察物上相邻两点之间能分辨的最小距离所对应

25、的眼睛对被观察物上相邻两点之间能分辨的最小距离所对应的视角视角的倒数，即的倒数，即 分辨力分辨力= 1/ （1-1） 如图如图1-4所示，用所示，用L表示眼睛与图像之间的距离，表示眼睛与图像之间的距离，d表示表示能分辨的两点间最小距离，则有：能分辨的两点间最小距离，则有：=3438 （） （1-2）60360L2dLd图图1-41-4人眼的分辨力人眼的分辨力d dL L 人眼的最小视角取决于相邻两个视敏细胞之间人眼的最小视角取决于相邻两个视敏细胞之间的距离。对于正常视力的人，在中等亮度情况下观的距离。对于正常视力的人，在中等亮度情况下观看静止图像时，看静止图像时，为为1 11.51.5。分辨力

26、在很大程度。分辨力在很大程度上取决于景物细节的亮度和对比度，当亮度很低时，上取决于景物细节的亮度和对比度，当亮度很低时，视力很差，这是因为亮度低时锥状细胞不起作用。视力很差，这是因为亮度低时锥状细胞不起作用。但是亮度过大时，视力不再增加，甚至由于眩目现但是亮度过大时，视力不再增加，甚至由于眩目现象，视力反而有所降低。此外，细节对比度愈小；象，视力反而有所降低。此外，细节对比度愈小；也愈不易分辨，造成分辨力降低。在观看运动物体也愈不易分辨，造成分辨力降低。在观看运动物体时，分辨力更低。时，分辨力更低。 人眼对彩色细节的分辨力比黑白细节的分辨力人眼对彩色细节的分辨力比黑白细节的分辨力要低。例如，黑

27、白相间的等宽条子，相隔一定距离要低。例如，黑白相间的等宽条子，相隔一定距离观看时，刚能分辨出黑白差别，如果用红绿相间的观看时，刚能分辨出黑白差别，如果用红绿相间的同等宽度条子替换它们，此时人眼已分辨不出红绿同等宽度条子替换它们，此时人眼已分辨不出红绿之间的差别，而是一片黄色。之间的差别，而是一片黄色。 此外，实验还证明，人眼对不同彩色，分辨此外，实验还证明，人眼对不同彩色，分辨力也各不相同。如果眼睛对黑白细节的分辨力定义力也各不相同。如果眼睛对黑白细节的分辨力定义为为100%100%，则实验测得人眼对各种颜色细节的相对分，则实验测得人眼对各种颜色细节的相对分辨力用百分数表示如表辨力用百分数表示

28、如表1-11-1所示。所示。 因为人眼对彩色细节分辨能力较差，所以在因为人眼对彩色细节分辨能力较差，所以在彩色电视系统中传送彩色图像时，只传送黑白图像彩色电视系统中传送彩色图像时，只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节，可减少色信号的带宽，细节，而不传送彩色细节，可减少色信号的带宽，这就是大面积着色原理的依据。这就是大面积着色原理的依据。细节颜色细节颜色黑白黑白黑绿黑绿黑红黑红黑蓝黑蓝红绿红绿红蓝红蓝绿蓝绿蓝相对分辨力（相对分辨力（% %）100100949490902626404023231919表表1-11-1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 1.2.4 1.2.

29、4 视觉惰性视觉惰性 实验证明，人眼的主观亮度感觉与客实验证明，人眼的主观亮度感觉与客观光的亮度不是同步的。当一定强度的光突观光的亮度不是同步的。当一定强度的光突然作用于视网膜时，不能在瞬间形成稳定的然作用于视网膜时，不能在瞬间形成稳定的主观亮度感觉，而是按近似指数规律上升；主观亮度感觉，而是按近似指数规律上升；当亮度突然消失后，人眼的亮度感觉并不立当亮度突然消失后，人眼的亮度感觉并不立即消失，也是按近似指数规律下降。人眼的即消失，也是按近似指数规律下降。人眼的亮度感觉总是滞后于实际亮度的，这一特性亮度感觉总是滞后于实际亮度的，这一特性称为视觉惰性或视觉暂留。称为视觉惰性或视觉暂留。 图图1-

30、5(a)1-5(a)表示作用于人眼的光脉冲，图表示作用于人眼的光脉冲，图1-5(b)1-5(b)表示该光脉冲造成的主观亮度感觉，表示该光脉冲造成的主观亮度感觉，它滞后于实际的光脉冲。光脉冲消失后，亮它滞后于实际的光脉冲。光脉冲消失后，亮度感觉还要一段时间才能消失。图度感觉还要一段时间才能消失。图1-5(b)1-5(b)中中t1t1t2t2就是视觉暂留时间。在中等亮度的光就是视觉暂留时间。在中等亮度的光刺激下，视力正常的人视觉暂留时间约为刺激下，视力正常的人视觉暂留时间约为0.1s0.1s。图图1-51-5人眼的视觉惰性人眼的视觉惰性t t光脉冲亮度光脉冲亮度(a)(a)作用于人眼作用于人眼 的

31、光脉冲亮度的光脉冲亮度(b)(b)主观亮度感觉主观亮度感觉(a)(a)t1t1t tt2t2视觉亮度视觉亮度(b)(b) 人眼受到频率较低的周期性的光脉冲刺激时人眼受到频率较低的周期性的光脉冲刺激时, ,会感到一亮一暗的闪烁现象。如果将重复频率提高会感到一亮一暗的闪烁现象。如果将重复频率提高到某个一定值以上，由于视觉惰性，眼睛就感觉不到某个一定值以上，由于视觉惰性，眼睛就感觉不到闪烁了。不引起闪烁感觉的最低重复频率，称为到闪烁了。不引起闪烁感觉的最低重复频率，称为临界闪烁频率。临界闪烁频率与很多因素有关，其临界闪烁频率。临界闪烁频率与很多因素有关，其中最重要的是光脉冲亮度，随着光脉冲亮度的提高

32、，中最重要的是光脉冲亮度，随着光脉冲亮度的提高，临界闪烁频率也将提高。临界闪烁频率还与亮度变临界闪烁频率也将提高。临界闪烁频率还与亮度变化幅度有关。亮度变化幅度越大，临界闪烁频率越化幅度有关。亮度变化幅度越大，临界闪烁频率越高。人眼的临界闪烁频率约为高。人眼的临界闪烁频率约为46Hz46Hz。对于重复频率。对于重复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲，人眼不再感觉到闪在临界闪烁频率以上的光脉冲，人眼不再感觉到闪烁，这时主观感觉的亮度等于光脉冲亮度的平均值。烁，这时主观感觉的亮度等于光脉冲亮度的平均值。 1.3 1.3 色度学色度学 1.3.1 1.3.1 彩色三要素彩色三要素 1.3.2 1.3.2

33、 三基色原理三基色原理 1.3.3 1.3.3 颜色的度量颜色的度量 1.3.4 1.3.4 显像三基色和亮度公式显像三基色和亮度公式 1.3.11.3.1彩色三要素彩色三要素 描述一种色彩需要用亮度、色调和饱和度三个描述一种色彩需要用亮度、色调和饱和度三个基本参量，这三个参量称为彩色三要素。基本参量，这三个参量称为彩色三要素。 亮度反映光的明亮程度。光谱一定的彩色光，亮度反映光的明亮程度。光谱一定的彩色光，辐射功率越大，亮度越高，反之则亮度越低。不发辐射功率越大，亮度越高，反之则亮度越低。不发光物体的亮度取决于它反射光功率的大小。若照射光物体的亮度取决于它反射光功率的大小。若照射物体的光强度

34、不变，物体的反射性能越好，物体越物体的光强度不变，物体的反射性能越好，物体越明亮，反之则越暗。对于一定的物体，照射光越强，明亮，反之则越暗。对于一定的物体，照射光越强，物体越明亮，反之则越暗。物体越明亮，反之则越暗。 色调反映彩色的类别，例如红、橙、黄、绿、色调反映彩色的类别，例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色。发光物体的色调由光的波青、蓝、紫等不同颜色。发光物体的色调由光的波长决定，不同波长的光呈现不同的色调，不发光物长决定，不同波长的光呈现不同的色调，不发光物体的色调由照明光源和该物体的吸收、反射或透射体的色调由照明光源和该物体的吸收、反射或透射特性共同决定。特性共同决定。 色饱和度

35、反映彩色光的深浅程度。同一色调的色饱和度反映彩色光的深浅程度。同一色调的彩色光，会给人以深浅不同的感觉，深红、粉红是彩色光，会给人以深浅不同的感觉，深红、粉红是两种不同饱和度的红色，深红色饱和度高，粉红色两种不同饱和度的红色，深红色饱和度高，粉红色饱和度低。饱和度与彩色光中的白光比例有关，白饱和度低。饱和度与彩色光中的白光比例有关，白光比例越大，饱和度越低。高饱和度的彩色光可加光比例越大，饱和度越低。高饱和度的彩色光可加白光来冲淡成低饱和度彩色光。饱和度最高称为纯白光来冲淡成低饱和度彩色光。饱和度最高称为纯色或饱和色。谱色光就是纯色光，其饱和度为色或饱和色。谱色光就是纯色光，其饱和度为100%

36、100%。饱和度低于饱和度低于100%100%的彩色称为非饱和色，日常生活中的彩色称为非饱和色，日常生活中所见到的大多数彩色是非饱和色。白光的饱和度为所见到的大多数彩色是非饱和色。白光的饱和度为0 0。 色饱和度和色调合称为色度。它表示彩色的种色饱和度和色调合称为色度。它表示彩色的种类和彩色的深浅程度。类和彩色的深浅程度。 1.3.2 1.3.2 三基色原理三基色原理 根据人眼的视觉特性，在电视机中重现图像时根据人眼的视觉特性，在电视机中重现图像时并不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分，并不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分，而应获得与原景物相同的彩色感觉。因此仿效人眼三而应获得与

37、原景物相同的彩色感觉。因此仿效人眼三种锥状细胞，可以任选三种基色，三种基色必须是相种锥状细胞，可以任选三种基色，三种基色必须是相互独立的，任一种基色都不能由其它两种基色混合得互独立的，任一种基色都不能由其它两种基色混合得到，将它们按不同比例进行组合，可得到自然界中绝到，将它们按不同比例进行组合，可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫基色光，大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫基色光，这三种颜色叫三基色。并总结出三基色原理：自然界这三种颜色叫三基色。并总结出三基色原理：自然界中绝大多数的彩色可以分解为三基色，三基色按一定中绝大多数的彩色可以分解为三基色，三基色按一定比例混合

38、，可得到自然界中绝大多数彩色。混合色的比例混合，可得到自然界中绝大多数彩色。混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定，混合色的亮色调和饱和度由三基色的混合比例决定，混合色的亮度等于三种基色亮度之和。度等于三种基色亮度之和。 因为人眼的三种锥状细胞对红光、绿光和蓝因为人眼的三种锥状细胞对红光、绿光和蓝光最敏感，所以在红色、绿色和蓝色光谱区中选择三光最敏感，所以在红色、绿色和蓝色光谱区中选择三个基色按适当比例混色可得到较多的彩色。在彩色电个基色按适当比例混色可得到较多的彩色。在彩色电视中，选用了红、绿、蓝作为三基色，分别用视中，选用了红、绿、蓝作为三基色，分别用R R、G G、B B来表示。国际

39、照明委员会来表示。国际照明委员会(CIE)(CIE)选定了红基色的波长选定了红基色的波长为为700nm700nm，绿基色的波长为，绿基色的波长为546.1nm546.1nm，蓝基色的波长为，蓝基色的波长为435.8nm435.8nm 三基色原理是彩色电视技术的基础，摄像机把三基色原理是彩色电视技术的基础，摄像机把图像分解成三基色信号，电视机又用三基色信号配出图像分解成三基色信号，电视机又用三基色信号配出原图像的色彩，图像信息的传送变得容易实现。三基原图像的色彩，图像信息的传送变得容易实现。三基色光相混合得到的彩色光的亮度等于三种基色亮度之色光相混合得到的彩色光的亮度等于三种基色亮度之和，这种混

40、色称为相加混色。和，这种混色称为相加混色。 将红、绿、蓝三束圆形单色光将红、绿、蓝三束圆形单色光同时投射到白色屏幕上，调整三束同时投射到白色屏幕上，调整三束光的强度，使三束光的交叠处呈白光的强度，使三束光的交叠处呈白色，这时呈现三基色圆图混合规律色，这时呈现三基色圆图混合规律如图如图1-61-6所示，所示， 红色红色+ +绿色绿色= =黄色黄色 绿色绿色+ +蓝色蓝色= =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 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 当两种颜色

41、混合得到白色时，当两种颜色混合得到白色时，这两种颜色称为互补色。红与青互这两种颜色称为互补色。红与青互为补色，绿与紫互为补色，蓝与黄为补色，绿与紫互为补色，蓝与黄互为补色。互为补色。图图1-61-6三基色园图三基色园图红红绿绿蓝蓝黄黄紫紫青青白白 适当改变三束光的强度，可以得到所有自然界中常见适当改变三束光的强度，可以得到所有自然界中常见的彩色光。的彩色光。 两种彩色光相加的结果有两种彩色光相加的结果有: : 青色青色+ +紫色紫色= =绿色绿色+ +蓝色蓝色+ +蓝色蓝色+ +红色红色= =白色白色+ +蓝色蓝色= =浅蓝色。浅蓝色。 黄色黄色+ +紫色紫色= =红色红色+ +绿色绿色+ +

42、蓝色蓝色+ +红色红色= =白色白色+ +红色红色= =浅红色。浅红色。 黄色黄色+ +青色青色= =红色红色+ +绿色绿色+ +绿色绿色+ +蓝色蓝色= =白色白色+ +绿色绿色= =浅绿色。浅绿色。 在彩色电视技术中，常用两种相加混色法：在彩色电视技术中，常用两种相加混色法： 空间混色法是同时将三种基色光分别投射到同一表面空间混色法是同时将三种基色光分别投射到同一表面上彼此相距很近的三点上，由于人眼的分辨力有限，能产生上彼此相距很近的三点上，由于人眼的分辨力有限，能产生三种基色光混合的色彩感觉。空间混色法是同时制彩色电视三种基色光混合的色彩感觉。空间混色法是同时制彩色电视的基础。的基础。

43、时间混色法是将三种基色光轮流投射到同一表面上，时间混色法是将三种基色光轮流投射到同一表面上，只要轮换速度足够快，由于视觉惰性，就能得到相加混色的只要轮换速度足够快，由于视觉惰性，就能得到相加混色的效果。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。效果。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。 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 给定一种彩色光，可通过配色实验来确定其所含三基色给定一种彩色光，可通过配色实验来确定其所含三基色的比例，配色实验装置如图的比例，配色实验装置如图1-7所示。实验装置是由两块互成所示。实验装置是由两块互成直角的理想白板将观察者的视场一分为二，在一块

44、白板上投直角的理想白板将观察者的视场一分为二，在一块白板上投射待配色，另一块白板上投射三基色。调节三基色光的强度，射待配色，另一块白板上投射三基色。调节三基色光的强度，直至两块白板上彩色光引起的视觉效果完全相同。直至两块白板上彩色光引起的视觉效果完全相同。 图图1-71-7配色实验配色实验光量光量调节调节三基色光源三基色光源R RG GB B待配彩色待配彩色视场视场 记下三基色调节器上的光通量读数，便可写出配色方程记下三基色调节器上的光通量读数，便可写出配色方程 F FR(R)+G(G)+B(B) R(R)+G(G)+B(B) （1-31-3） 式中式中F F为任意一个彩色光，为任意一个彩色光

45、，(R)(R)、(G)(G)、(B)(B)为三基色单为三基色单位量。位量。R R、G G、B B为三色分布系数，要配出彩色量为三色分布系数，要配出彩色量F F，必须将，必须将R R单位的红基色、单位的红基色、G G单位的绿基色和单位的绿基色和B B单位的蓝基色加以混单位的蓝基色加以混 合，合，R R、G G、B B的比例关系确定了所配彩色光的色度的比例关系确定了所配彩色光的色度( (包含色调和包含色调和饱和度饱和度) )，R R、G G、B B数值确定了所配彩色光的光通量（亮数值确定了所配彩色光的光通量（亮度）。度）。R(R)R(R)、G(G)G(G)、B(B)B(B)分别代表彩色量分别代表彩

46、色量F F中所含三基色的中所含三基色的光通量成分，又称彩色分量。光通量成分，又称彩色分量。 配成标准白光配成标准白光E E白所需红、绿、蓝三基色的光通量比白所需红、绿、蓝三基色的光通量比为为1:4.5907:0.0601,1:4.5907:0.0601, 为了简化计算，规定红基色光单位量的光通量为为了简化计算，规定红基色光单位量的光通量为1 lm1 lm，绿基色光和蓝基色光单位量的光通量分别为绿基色光和蓝基色光单位量的光通量分别为4.5907 lm4.5907 lm和和0.0601 lm0.0601 lm。 2.XYZ2.XYZ制色度图制色度图 配色实验的物理意义明确，进行定量计算却比较复杂，

47、配色实验的物理意义明确，进行定量计算却比较复杂，实际使用很不方便，为此进行了坐标变换：实际使用很不方便，为此进行了坐标变换：（X X）=0.4185=0.4185（R R）-0.0912-0.0912（G G）+0.0009+0.0009（B B）（Y Y）=-0.1587=-0.1587（R R）+0.2524+0.2524（G G）+0.0025+0.0025（B B）（）（1-41-4）（Z Z）=-0.0828=-0.0828（R R）+0.0157+0.0157（G G）+0.1786+0.1786（B B） 在在XYZXYZ计色制中，任何一种彩色的配色方程式可表示为计色制中，任何一

48、种彩色的配色方程式可表示为 F=XF=X（X X）+Y+Y（Y Y）+Z+Z（Z Z） （1-51-5） 式中，式中，X X、Y Y、Z Z为标准三色系数，为标准三色系数，(X)(X)、(Y)(Y)、(Z)(Z)为标为标准三基色单位。准三基色单位。 在在XYZ计色制中标准三色系数均为正数，系数计色制中标准三色系数均为正数，系数Y的数的数值等于合成彩色光的全部亮度，系数值等于合成彩色光的全部亮度，系数X、Z不包含亮度不包含亮度,合成彩合成彩色光色度仍由色光色度仍由X、Y、Z的比值决定。当的比值决定。当X=Y=Z时，配出等能时，配出等能白光白光E白。白。 色度是由三色系数色度是由三色系数X X、Y

49、 Y、Z Z的相对值确定，与的相对值确定，与X X、Y Y、Z Z的绝对值无关。如果仅考虑色度值时，可以用三的绝对值无关。如果仅考虑色度值时，可以用三色系数的相对值表示。色系数的相对值表示。 m=X+Y+Zm=X+Y+Z X= X= Y= Y= （1-61-6） Z=Z= 式中：式中：m m为色模，表示某彩色光所含标准三基色为色模，表示某彩色光所含标准三基色单位的总量，它与光通量有关，对颜色不发生影响；单位的总量，它与光通量有关，对颜色不发生影响；x x、y y、z z为相对色度系数，又叫色度坐标。为相对色度系数，又叫色度坐标。 由式由式(1-6)(1-6)可知可知 x + y + z=1 (

50、1-7)x + y + z=1 (1-7)式式(1-7)(1-7)表明，当某一彩色量表明，当某一彩色量F F的相对色度系数的相对色度系数x x、y y已已知时，则知时，则z z也为已知，即也为已知，即z z是一个非独立的参量。是一个非独立的参量。 ZYXXZYXYZYXZ 这样就可将由配色实验得到的数据，换算成这样就可将由配色实验得到的数据，换算成x x、y y坐标值，坐标值，并画出其平面图形，即并画出其平面图形，即x-yx-y标准色度图，如图标准色度图，如图1-81-8所示。所示。 在在x-y色度图中所有光谱色都在所示的舌形曲线上。曲线色度图中所有光谱色都在所示的舌形曲线上。曲线上各点的单色