第1章彩色与视觉特性精选文档.ppt

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1、第第1章彩色与视觉特章彩色与视觉特性性本讲稿第一页，共七十一页1.1光的特性光的特性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射射线线和和宇宇宙宙射射线线等等。图图1-1是电磁波按波长的顺序排列的电磁波谱。是电磁波按波长的顺序排列的电磁波谱。本讲稿第二页，共七十一页波波长长在在380780nm范范围围内内的的电电磁磁波波能能够够使使人人眼眼产产生生颜颜色色感感觉觉，称称为为可可见见光光。可可见见光光在在整整个

2、个电电磁磁波波谱谱中中只只占占极极小小的的一一段段。可可见见光光谱谱的的波波长长由由780nm向向380nm变变化化时时，人人眼眼产产生生的的颜颜色色感感觉觉依依次次是是红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、蓝蓝、紫紫7色色。一一定定波波长长的的光光谱谱呈呈现现的的颜颜色色称称为为光光谱色。太阳光包含全部可见光谱，谱色。太阳光包含全部可见光谱，给人以白色感觉。给人以白色感觉。光光谱谱完完全全不不同同的的光光，人人眼眼有有时时会会有有相相同同的的色色感感。用用波波长长540nm的的绿绿光光和和700nm的的红红光光按按一一定定比比例例混混合合可可以以使使人人眼眼得得到到580nm黄黄光光的的色色感感。这

3、这种种由由不不同同光光谱谱混合出相同色光的现象叫同色异谱。混合出相同色光的现象叫同色异谱。本讲稿第三页，共七十一页图图1-1电磁辐射波谱电磁辐射波谱本讲稿第四页，共七十一页1.1.2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

4、、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有绿光成分，没有绿光成分，树叶吸收了全部红光而呈黑色。树叶吸收了全部红光而呈黑色。本讲稿第五页，共七十一页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

5、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射温度辐射温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吸收收系系数数均均为为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，已不能再逸出到外面，已不能再逸出到外面，这个小孔就相当

6、于绝对黑体。这个小孔就相当于绝对黑体。本讲稿第六页，共七十一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，红红色色成成分分越越少少。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开氏氏度度(K)表表示示。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

7、视机机荧荧光光屏屏的的实实际际温温度度为为常常温温，而而其其白白场场色色温温是是6500K。本讲稿第七页，共七十一页图图1-2标准光源的光谱分布标准光源的光谱分布本讲稿第八页，共七十一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，相相当于充气钨丝白炽灯所产生的光。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的太阳光。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

8、当于于白白天天的的自自然光。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。本讲稿第九页，共七十一页(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均光照。平均光照。它是它是PAL制彩色电视的白光标准光源。制彩色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一一种种假假想想光光源源，实实际际并并不不存在。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、亮度高、亮度高、寿命长、寿命长、色温稳定

9、等优点。色温稳定等优点。本讲稿第十页，共七十一页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()下下降，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11.7

10、lm/W；40W的的日日光光灯灯可可以以输输出出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发光效率可达光效率可达80100lm/W。本讲稿第十一页，共七十一页2.光照度光照度光光照照度度E，单单位位勒勒(克克斯斯),符符号号为为lx。勒勒(克克斯斯)等等于于1流流明明的的光光通通量量均均匀匀分分布布在在1平平方方米米面面积积上上的的光光照照度度。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10000勒勒，多多云云约约为为500勒勒，傍傍晚晚约约

11、为为50勒勒，月月光光约约为为10-1勒勒，黄黄昏昏约约为为10-2勒勒，星光约为星光约为10-4勒。勒。本讲稿第十二页，共七十一页1.2视觉特性视觉特性人人能能感感觉觉到到图图像像的的颜颜色色和和亮亮度度是是眼眼睛睛的的生生理理结结构构所所决决定定的的。电电影影和和电电视视都都是是根根据据人人眼眼的的视视觉觉特特性性发发明明的的。电电影影每每秒秒投投射射24幅幅静静止止画画面面，每每画画面面投投射射2次次，由由于于人人眼眼的的视视觉觉惰惰性性，看看起起来来就就同同活活动动景景象象一一样样。电电视视每每秒秒扫扫描描50幅幅画画面面，每每幅幅画画面面是是由由312根根扫扫描描线线组组成成的的，由

12、由于于人人眼眼的的视视觉觉惰惰性性和和有有限限的的细细节节分分辨辨能能力力，看看起起来来就就成成了了整整幅幅的的活活动动景景象象。人人眼眼的的视视觉觉特特性性是是电电视视技术发展的重要依据。技术发展的重要依据。本讲稿第十三页，共七十一页1.2.1人眼的亮度视觉人眼的亮度视觉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，人人眼眼对对不不同同波波长长光光的的灵灵敏敏度度是是不不同的。同的。本讲稿第十四页，共七十一页图图1-3标准视敏度曲线标准视敏度曲线本讲稿第十五页，共七十一页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

13、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所所变变化化，所所以以采采用用统统计计方方法法，用许多正常视力的观察者来做实验，用许多正常视力的观察者来做实验，取其平均值。取其平均值。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一一样样的的。可可以以看看出出人人眼眼最

14、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。在在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大，再大，人眼也是没有亮度感觉的。人眼也是没有亮度感觉的。本讲稿第十六页，共七十一页1.2.2人眼的色度视觉人眼的色度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

15、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，在在暗暗处处只只能能看看到到黑黑白白形形象象而而无无法法辨辨别别颜颜色色。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可分分成成三三类类，分别称为红敏细胞、分别称为红敏细胞、绿敏细胞、绿敏细胞、蓝敏细胞。蓝敏细胞。本讲稿第十七页，共七十一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

16、1-3所示的所示的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同时时处处于于两两条条曲曲线线之之下下，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，又又激激励励了了绿绿敏敏细细胞胞，可可引引起起混混合合的的感感觉觉

17、。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色感觉完全相同。彩色感觉完全相同。本讲稿第十八页，共七十一页不不同同波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

18、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，在在色色感上得到了相同的效果。感上得到了相同的效果。本讲稿第十九页，共七十一页1.2.3人眼的分辨力人眼的分辨力分分辨辨力力是是指指人人眼眼在在观观看看景景物物时时对对细细节节的的分分辨辨能能力力。对对人人眼眼进进行行分分辨辨力力测测试试的的方方法法如如图图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

19、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辨景景色色细细节节的的能能力力有有一一个个极极限限值值，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分辨力或视觉锐度。的分辨力或视觉锐度。本讲稿第二十页，共七十一页图图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本讲稿第二十一页，共七十一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之间间能能分辨的最小距离所对应的视角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

20、力=（1-1）如图如图1-4所示，所示，用用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表示能分辨的两点间最小距离，表示能分辨的两点间最小距离，则有：则有：（1-2）本讲稿第二十二页，共七十一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图像像时时，为为11.5。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

21、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眩目目现现象象，视视力力反反而而有有所所降降低低。此此外外，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，会会造造成成分辨力降低。分辨力降低。在观看运动物体时，在观看运动物体时，分辨力更低。分辨力更低。本讲稿第二十三页，共七十一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

22、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%，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力用百分数表示如表辨力用百分数表示如表1-1所示。所示。本讲稿第二十四页，共七十一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，

23、而而不不传传送送彩彩色色细细节节，这这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。本讲稿第二十五页，共七十一页表表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本讲稿第二十六页，共七十一页1.2.4视觉惰性与闪烁感觉视觉惰性与闪烁感觉实实验验证证明明，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

24、亮度度突突然然消消失失后后，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的，这这一一特特性性称称为为视视觉觉惰惰性性或视觉暂留。或视觉暂留。本讲稿第二十七页，共七十一页图图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)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时间间才才能能消消失失。图图1-5(b)中中t1t2就就是是视视觉觉

25、暂暂留留时时间间。在在中中等等亮亮度度的的光光刺激下，刺激下，视力正常的人视觉暂留时间约为视力正常的人视觉暂留时间约为0.1s。本讲稿第二十八页，共七十一页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值以以上上，由由于于视视觉觉惰惰性性，眼眼睛睛就就感感觉觉不不到到闪闪烁烁了了。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

26、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会提提高高。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频频率率约约为为46Hz。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。本讲稿第二十九页，共七十一页图图1-5人眼的视觉惰性人眼的视觉惰性(a)作用于人眼的光脉冲亮度；作用于人眼的光脉冲亮

27、度；(b)主观亮度感觉主观亮度感觉本讲稿第三十页，共七十一页1.3色色度度学基础学基础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个基基本参量，本参量，这三个参量称为彩色三要素。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。

28、对对于于一一定的物体，定的物体，照射光越强，照射光越强，物体越明亮，物体越明亮，反之越暗。反之越暗。本讲稿第三十一页，共七十一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。本讲稿第三十二页，共七十一页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

29、会给给人人以以深深浅浅不不同同的的感感觉觉，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，粉粉红红色色饱饱和和度度低低。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。饱饱和和度度最最高高称称为为纯纯色色或或饱饱和和色色。谱谱色色光光就就是是纯纯色色光光，其其饱饱和和度度为为100%。饱饱和和度度低低于于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

30、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。色色饱饱和和度度和和色色调合称为色度，调合称为色度，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。本讲稿第三十三页，共七十一页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，而而应应获获得得与与原原景景物物相相同同的的彩彩色色感感觉觉。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

31、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行组组合合，可可得得到到自自然然界界中中绝绝大大多多数的彩色。数的彩色。本讲稿第三十四页，共七十一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，可可得得到到自自然然界界中中绝绝大大多多数数彩彩色色。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

32、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。本讲稿第三十五页，共七十一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、绿光和蓝光最绿光和蓝光最敏感，敏感，所以在红色、所以在红色、绿色和蓝色光谱区中选择三个基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。色按适当比例混色可得到较多的彩色。在彩色电视中，在彩色电视中，选用了红、选用了红、绿、绿、蓝作为三基色，蓝作为三基色，分别用分别用R、G、B来来表示。表示。国际照明委员会国际照明委员会(CIE)选定了红基色的波长为选定了红基色的波长为700nm，绿基色的波长为绿基

33、色的波长为546.1nm，蓝基色的波长为蓝基色的波长为435.8nm。本讲稿第三十六页，共七十一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，电电视视机机又又用用三三基基色色信信号号还还原原出出原原图图像像的的色色彩彩。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上，幕上，会出现三基色的圆图，其混合规律如图会出现三基

34、色的圆图，其混合规律如图1-6所示。所示。本讲稿第三十七页，共七十一页图图1-6相加混色相加混色绿绿黄黄青青红红绿绿蓝蓝品红品红本讲稿第三十八页，共七十一页红色红色+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=白色白色适当改变三束光的强度，适当改变三束光的强度，可以得到自然界中常见的彩色光。可以得到自然界中常见的彩色光。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=白色白色本讲稿第三十九页，共七十一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

35、互为为补补色色，绿绿与与紫紫互互为为补补色色，蓝蓝与与黄黄互互为补色。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同时制彩色电视的基础。是同时制彩色电视的基础。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

36、之之视视觉觉惰惰性性，就就能能得得到到相相加加混色的效果。混色的效果。时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。本讲稿第四十页，共七十一页1.3.3颜色的度量与表示颜色的度量与表示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投射射三基色。三基色。本讲稿第四

37、十一页，共七十一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读数，量读数，便可写出配色方程便可写出配色方程 FR(R)+G(G)+B(B)（1-3）本讲稿第四十二页，共七十一页式式中中，F为为任任意意一一个个彩彩色色光光，(R)、(G)、(B)为为三三基基色色单单位位量量，R、G、B为为三三色色分分布布系系数数。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单单位位的的绿绿基基色色和和B单单位位的的蓝蓝基基色色加加以以混混合合。R、G、B的

38、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量量成成分分，又又称称为彩色分量。为彩色分量。本讲稿第四十三页，共七十一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

39、量的光通量分别为量的光通量分别为4.5907lm和和0.0601lm。本讲稿第四十四页，共七十一页图图1-7配色实验配色实验本讲稿第四十五页，共七十一页 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，但但进进行行定定量量计计算算却却比比较复杂，较复杂，实际使用很不方便，实际使用很不方便，为此进行了坐标变换：为此进行了坐标变换：（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)本讲稿第四十六页，共七十一页在在

40、XYZ计色制中，计色制中，任何一种彩色的配色方程式可表示为任何一种彩色的配色方程式可表示为 F=X（X）+Y（Y）+Z（Z）（1-5）式式中中，X、Y、Z为为标标准准三三色色系系数数，(X)、(Y)、(Z)为为标标准准三三基基色色单单位位。在在XYZ计计色色制制中中标标准准三三色色系系数数均均为为正正数数，系系数数Y的的数数值值等等于于合合成成彩彩色色光光的的全全部部亮亮度度，系系数数X、Z不不包包含含亮亮度度,合合成成彩彩色色光光色色度度仍仍由由X、Y、Z的比值决定。的比值决定。当当X=Y=Z时，时，配出等能白光配出等能白光E白。白。色色度度是是由由三三色色系系数数X、Y、Z的的相相对对值值

41、确确定定的的，与与X、Y、Z的的绝绝对对值值无无关关，如如果果仅仅考考虑虑色色度度值值时时，可可以用三色系数的相对值表示。以用三色系数的相对值表示。本讲稿第四十七页，共七十一页(1-6)本讲稿第四十八页，共七十一页式式中中,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为相对色度系数，为相对色度系数，又叫色度坐标。又叫色度坐标。由式由式(1-6)可知可知 x+y+z=1(1-7)式式(1-7)表表明明，当当某某一一彩彩色色量量F的的相相对对色色度度系系数数x、y已已知知时时，则

42、则z也也为为已已知知，即即z是是一一个个非非独独立立的的参参量量。这这样样就就可可将将由由配配色色实实验验得得到到的的数数据据，换换算算成成x、y坐坐标标值值，并并画画出出其其平平面面图图形形，即即x-y标标准准色色度度图图，如如图图1-8所示。所示。本讲稿第四十九页，共七十一页图图1-8 标准色度图和显象三基色标准色度图和显象三基色本讲稿第五十页，共七十一页本讲稿第五十一页，共七十一页在在x-y色色度度图图中中所所有有光光谱谱色色都都在在所所示示的的舌舌形形曲曲线线上上。曲曲线线上上各各点点的的单单色色光光既既可可用用一一定定的的波波长长来来标标记记，也也可可用用色色度度坐坐标标来来表表示示

43、，该该曲曲线线亦亦称称为为光光谱谱色色曲曲线线。舌舌形形曲曲线线下下面面不不是是闭闭合合的的，用用直直线线连连接接起起来来，则则自自然然界界中中所有实际彩色都包含在这封闭的曲线之内。所有实际彩色都包含在这封闭的曲线之内。E白白点点的的坐坐标标为为x=1/3、y=1/3,谱谱色色曲曲线线上上任任意意一一点点与与E白白点点的的连连线线称称为为等等色色调调线线。该该线线上上所所有有的的点点都都对对应应同同一一色色调调的的彩彩色色，线线上上的的点点离离E白白点点越越近近，该该点点对对应应的彩色的饱和度就越小。的彩色的饱和度就越小。本讲稿第五十二页，共七十一页谱谱色色曲曲线线内内任任意意两两点点表表示示

44、了了两两种种不不同同的的彩彩色色，这这两两种种彩彩色色的的全全部部混混色色都都在在这这两两点点的的连连线线上上。合合成成光光的的点点离离该该两两点点的的距距离离与与这这两两种种彩彩色色在在合合成成光光中中的的强强度度成成反比。反比。在在谱谱色色曲曲线线内内，任任取取三三点点所所对对应应的的彩彩色色作作基基色色混混合合而而成成的的所所有有彩彩色色都都包包含含在在以以这这三三点点为为顶顶点点的的三三角角形形内内。三三角角形形外外的的彩彩色色不不能能由由此此三三基基色色混混合合得得到到。因因此此，彩彩色色电电视视选选择择的的三三基基色色应应在在色色度度图图上上有有尽尽量量大大的的三三角角形面积。形面

45、积。本讲稿第五十三页，共七十一页1.3.4彩色的重现彩色的重现 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混混合合而而得得到到的的，这这三三种种基基色色称称为为显显像像三三基基色色。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光效率尽可能高。发光效率尽可能高。本讲稿第五十四页，共七十一页不不

46、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，在在色色度度图中的位置分别见图图中的位置分别见图1-8中的虚线三角形和实线三角形。中的虚线三角形和实线三角形。本讲稿第五十五页，共七十一页表表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本讲稿第五十六页，共七十一页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

47、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之间的关系式为之间的关系式为X=0.607Re1+0.174Ge1+0.200Be1Y=0.299Re1+0.587Ge1+0.114Be1Z=0.000Re1+0.066Ge1+1.116Be1(1-8)本讲稿第五十七页，共七十一页式式中中，Y代代表表彩彩色色的的亮亮度度，由由显显像像三三基基色色配配出出的的任意彩色光的亮度为任意彩色光的亮度为 Y=0.299Re1+0.587Ge1+0.114Be1（1-9）通常简化为通常简化为 Y=0.3R+0.59G+0.11B（1-10）式（式（1-10）称为亮度公式。）称

48、为亮度公式。本讲稿第五十八页，共七十一页由由表表1-2可可知知在在PAL制制彩彩色色电电视视中中，选选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色色度度坐坐标标与与NTSC制制不不一一样样，亮亮度度公公式式中中的的系系数数有有所所不不同同，但但是是两两者者差差别别不不大大，所所以以在在PAL制中也采用式制中也采用式(1-10)作为亮度公式。作为亮度公式。本讲稿第五十九页，共七十一页思考题和习题思考题和习题 1.填空题(1)波长在 _nm范围内的电磁波能够使人眼产生颜色感觉，称为 _。(2)由不同光谱混合出相同色光的现象叫 _。(3)发光体的颜色由它本身所发出的 _确定。本讲稿第六十页

49、，共七十一页(4)不不发发光光体体的的颜颜色色与与 _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 _、_特性有关。特性有关。(5)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 _表示。表示。其单位名称为其单位名称为 _。(6)光照度光照度E，单位为单位为 _，符号为符号为 _。(7)人眼最敏感的光波长为人眼最敏感的光波长为 _nm，颜色是草绿色。颜色是草绿色。(8)杆状细胞杆状细胞 _很高，很高，但对彩色不敏感。但对彩色不敏感。本讲稿第六十一页，共七十一页(9)人人眼眼的的亮亮度度感感觉觉总总是是 _于于实实际际亮亮度度的的，这这一特性称

50、为一特性称为 _。(10)视力正常的人视觉暂留时间约为视力正常的人视觉暂留时间约为 _s。(11)不引起闪烁感觉的最低重复频率称为不引起闪烁感觉的最低重复频率称为 _。(12)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，则物体越则物体越 _。(13)描描述述一一种种色色彩彩需需要要用用 _、_和和 _三个基本参量。三个基本参量。本讲稿第六十二页，共七十一页(14)_反映彩色光的深浅程度。反映彩色光的深浅程度。(15)饱饱和和度度与与彩彩色色光光中中的的 _比比例例有有关关，_比例越大，比例越大，饱和度越低。饱和度越低。(16)色饱和度和色调合称为色饱和