第1章色度学基础知识精选文档.ppt
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1、第1章色度学基础知识本讲稿第一页,共三十三页第第1章章 色度学基础知识n教学目标 了解光和色的基本知识,理了解光和色的基本知识,理解彩色三要素和色度的概念。解彩色三要素和色度的概念。掌握三基色原理、混色法和掌握三基色原理、混色法和人眼的视觉特性。人眼的视觉特性。本讲稿第二页,共三十三页n 1.1.1光和色光和色n 由光学理论知道,光是一种以电磁波形式存在的物质,它的波由光学理论知道,光是一种以电磁波形式存在的物质,它的波长范围大约在长范围大约在 380780nm(1nm10-9m)之间。由于这段电)之间。由于这段电磁波的辐射能为人眼看得见,所以称为可见光,习惯上简称为磁波的辐射能为人眼看得见,
2、所以称为可见光,习惯上简称为光。人眼对不同波长的光引起不同的颜色感觉,例如,波长为光。人眼对不同波长的光引起不同的颜色感觉,例如,波长为400nm左右和波长为左右和波长为700nm左右的光,给人以紫和红的感觉。左右的光,给人以紫和红的感觉。在可见光的范围内,按波长的依次递减,相应颜色排列为红、橙、在可见光的范围内,按波长的依次递减,相应颜色排列为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色,把这些色光混合在一起就得到白光。黄、绿、青、蓝、紫七种颜色,把这些色光混合在一起就得到白光。1.1 光和色的基本知识本讲稿第三页,共三十三页图图1-1本讲稿第四页,共三十三页n 把一束光(太阳光)斜射到玻璃棱镜上,通
3、过棱镜折射后,可将其分解为波长由长到短排列的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色彩带,如图12所示。这种现象也表明了白光不是单色光,而是由七色光合成的。n 光和色本质上是一回事,色是光的一种形式,色既是客观物质,又是人眼对客观物质的视觉反映,色觉是视觉的一种特性。1.1 光和色的基本知识本讲稿第五页,共三十三页图图1-2 太阳光的分解太阳光的分解本讲稿第六页,共三十三页n1.1.2 彩色三要素n 亮度、色调和色饱和度称为彩色三要素。任何一种彩色对人亮度、色调和色饱和度称为彩色三要素。任何一种彩色对人眼引起的视觉作用,都可以用彩色三要素来描述。眼引起的视觉作用,都可以用彩色三要素来描述。n 1)亮度亮
4、度:亮度是指人眼所感觉的彩色的明暗程度,亮度取决亮度是指人眼所感觉的彩色的明暗程度,亮度取决于光线的强弱。另外,亮度与波长的长短有关,强度相同但波于光线的强弱。另外,亮度与波长的长短有关,强度相同但波长不同的光给人眼的亮度感觉也是不同的,生活中观察长不同的光给人眼的亮度感觉也是不同的,生活中观察15W的的绿色灯泡发出的光比绿色灯泡发出的光比15W的红色灯泡亮,的红色灯泡亮,15W的红色灯泡比的红色灯泡比15W的的蓝色灯泡亮,就是这个道理。蓝色灯泡亮,就是这个道理。1.1 光和色的基本知识本讲稿第七页,共三十三页1.1 光和色的基本知识n 2)色调:色调是指彩色的颜色类别,如红、橙、黄、绿、青、
5、蓝、紫分别表示不同的色调。色调取决于彩色的光谱成分,不同波长的光具有不同的色调。本讲稿第八页,共三十三页n 3)色饱和度色饱和度:色饱和度是指彩色的深浅程度。同一色调的彩色,其色饱和度是指彩色的深浅程度。同一色调的彩色,其色饱和度越高,颜色越深。色饱和度与彩色中所掺入的白光比例有关,掺色饱和度越高,颜色越深。色饱和度与彩色中所掺入的白光比例有关,掺入的白光越多,色光越浅,色饱和度越低。色饱和度用百分数表示,如某入的白光越多,色光越浅,色饱和度越低。色饱和度用百分数表示,如某色光中若掺入一半的白光,则色饱和度为色光中若掺入一半的白光,则色饱和度为50%,未掺入白光的纯色光,未掺入白光的纯色光,其
6、色饱和度为其色饱和度为100%。白光的色饱和度为。白光的色饱和度为0。n 色调和色饱和度统称为色度。彩色电视系统不仅像黑白电视系统色调和色饱和度统称为色度。彩色电视系统不仅像黑白电视系统那样能够传送景物的亮度信息,还要传送景物的色度信息。那样能够传送景物的亮度信息,还要传送景物的色度信息。1.1 光和色的基本知识本讲稿第九页,共三十三页1.2 三基色原理和混色法n1.2.l 三基色原理n 实验证明,将实验证明,将红红、绿绿、蓝、蓝三种色光投射到一个白色的屏幕三种色光投射到一个白色的屏幕上,调节三种色光的不同比例,几乎可以混合出自然界所有上,调节三种色光的不同比例,几乎可以混合出自然界所有的彩色
7、。用来混色的三种单色光称为基色。用三基色可以混的彩色。用来混色的三种单色光称为基色。用三基色可以混合成其他彩色的原理称三基色原理。合成其他彩色的原理称三基色原理。n 在电视技术中,以红(在电视技术中,以红(R)、绿()、绿(G)、蓝)、蓝(B)为三基色,红为三基色,红光的波长取光的波长取700nm,绿光的波长取,绿光的波长取546.1nm,蓝光的波长取,蓝光的波长取435.8nm。本讲稿第十页,共三十三页1.2 三基色原理和混色法n 三基色原理的主要内容有:三基色原理的主要内容有:n 1)自然界的所有彩色几乎都可用三种基色按一定的比例混合自然界的所有彩色几乎都可用三种基色按一定的比例混合而成;
8、反之,任何彩色也可分解为比例不同的三种基色;而成;反之,任何彩色也可分解为比例不同的三种基色;n 2)三种基色必须是相互独立的,即任一基色不能由另外两种基色三种基色必须是相互独立的,即任一基色不能由另外两种基色混合而成;混合而成;n 3)用三基色混合成的彩色,其色调和色饱和度皆由三基色的用三基色混合成的彩色,其色调和色饱和度皆由三基色的比例决定;比例决定;n 4)混合色的亮度等于参与混色的基色的亮度的总和。混合色的亮度等于参与混色的基色的亮度的总和。本讲稿第十一页,共三十三页1.2.2 混色法n 彩色电视重现景物的彩色,通常是靠彩色彩色电视重现景物的彩色,通常是靠彩色显像管荧光屏上的三种荧光粉
9、在电子束轰击下显像管荧光屏上的三种荧光粉在电子束轰击下发出各自的基色光而完成的,即它们分别发出发出各自的基色光而完成的,即它们分别发出红、绿、蓝三种基色光,并混合成彩色图像,红、绿、蓝三种基色光,并混合成彩色图像,这三种基色称为显像三基色这三种基色称为显像三基色。本讲稿第十二页,共三十三页n 利用三基色按不同的比例混合来获得彩色的方法称为混色利用三基色按不同的比例混合来获得彩色的方法称为混色法。彩色显像管之所以能够显示出各种各样的丰富多彩的彩色法。彩色显像管之所以能够显示出各种各样的丰富多彩的彩色是利用了三基色的混色原理。彩色显像管中的荧光粉粒本身是是利用了三基色的混色原理。彩色显像管中的荧光
10、粉粒本身是发光体,它的混色规律是遵从相加混色法,即以彩色光的互相发光体,它的混色规律是遵从相加混色法,即以彩色光的互相叠加来实现混色产生另一种新的彩色光。相加混色法的混色规叠加来实现混色产生另一种新的彩色光。相加混色法的混色规律可用图律可用图1-3表示,由图可见,以等量的红、绿、蓝三基色光进行相表示,由图可见,以等量的红、绿、蓝三基色光进行相加混色效果如下:红色十绿色加混色效果如下:红色十绿色=黄色;绿色十蓝色黄色;绿色十蓝色=青色;蓝色十红青色;蓝色十红色色=紫色;红色十绿色十蓝色紫色;红色十绿色十蓝色=白色。白色。本讲稿第十三页,共三十三页1.2.2 混色法图图 1-3 相加混色相加混色本
11、讲稿第十四页,共三十三页1.2.3 人眼的视觉特性n 1.1.视觉灵敏度视觉灵敏度n 人眼在明亮的环境下,不但可以看清物体的形状,而且还能辨别物人眼在明亮的环境下,不但可以看清物体的形状,而且还能辨别物体的颜色。在昏暗的环境下却只能分辨物体的形状、轮廓而不能分辨物体的颜色。在昏暗的环境下却只能分辨物体的形状、轮廓而不能分辨物体的颜色。这是由于在人眼视网膜上有两种不同的光敏细胞:杆状细胞体的颜色。这是由于在人眼视网膜上有两种不同的光敏细胞:杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞感光灵敏度较高,在光线较暗的条件下起作用,和锥状细胞。杆状细胞感光灵敏度较高,在光线较暗的条件下起作用,可以识别物体的形状和轮廓,
12、但无法清楚地识别物体颜色。另一种称为可以识别物体的形状和轮廓,但无法清楚地识别物体颜色。另一种称为锥状细胞,它们的感光灵敏度较低,只有在光线明亮的条件下才起作用,锥状细胞,它们的感光灵敏度较低,只有在光线明亮的条件下才起作用,但它们具有辨别颜色的能力。根据实验证明:锥状细胞有三种,分别对但它们具有辨别颜色的能力。根据实验证明:锥状细胞有三种,分别对红、绿、蓝三种波长的光敏感。红、绿、蓝三种波长的光敏感。本讲稿第十五页,共三十三页n 锥状细胞对可见光的敏感度曲线如图1-4所示。由图可知,三条曲线的最大值分别在580nm(红)、540nm(绿)与440nm(蓝)的光谱区域内。以上分析说明了视网膜两
13、种光敏细胞分别有辨形和辨色功能,它们对光的敏感度不同。本讲稿第十六页,共三十三页图图 1-4 三基色相加混色的光敏曲线三基色相加混色的光敏曲线本讲稿第十七页,共三十三页n 实验还证实当三种色觉细胞同时接受红、绿、蓝三种光激发时,实验还证实当三种色觉细胞同时接受红、绿、蓝三种光激发时,人将产生白色的色觉,即人眼的三种细胞也有混色效应,也就是所谓人将产生白色的色觉,即人眼的三种细胞也有混色效应,也就是所谓的生理相加混色法。改变三种基色的强度,混色结果的明亮程度将发的生理相加混色法。改变三种基色的强度,混色结果的明亮程度将发生变化,在图生变化,在图1-4中三种色敏曲线的合成曲线是人眼视觉的亮度曲线。
14、实中三种色敏曲线的合成曲线是人眼视觉的亮度曲线。实验还得到如下结论:用强度相同的红、绿、蓝基色光混色产生验还得到如下结论:用强度相同的红、绿、蓝基色光混色产生100%的白的白光时光时,绿光绿光(G)产生的强度占产生的强度占59%,红光,红光(R)产生的强度占产生的强度占30%,蓝,蓝光光(B)产生的光强度占产生的光强度占11%,用数学公式可表示为,用数学公式可表示为n Y0.30R0.59G0.11B本讲稿第十八页,共三十三页n 根据以上分析可以得到两条重要的结论:一是复合光的亮度等根据以上分析可以得到两条重要的结论:一是复合光的亮度等于各光分量的亮度之和,二是人眼所看到的彩色光是不同光谱成份
15、于各光分量的亮度之和,二是人眼所看到的彩色光是不同光谱成份作用于眼睛的综合效果,不同波长的光会引起不同的彩色感觉,几作用于眼睛的综合效果,不同波长的光会引起不同的彩色感觉,几种不同波长光谱成份的光混合后,可以得到与某一单一波长的光相种不同波长光谱成份的光混合后,可以得到与某一单一波长的光相同的彩色感觉。也就是说,眼睛只能有彩色的感觉,而不能区别刺同的彩色感觉。也就是说,眼睛只能有彩色的感觉,而不能区别刺激它的光谱成份。这样在彩色电视传送与重现彩色时,只要求重现激它的光谱成份。这样在彩色电视传送与重现彩色时,只要求重现原景物的彩色感,不要求恢复原来的光谱。并不必考虑所重现的彩原景物的彩色感,不要
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