视觉与电视原理幻灯片.ppt

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1、视觉与电视原理第1页，共97页，编辑于2022年，星期三n显示器显示的信息是供人眼观看的，人的眼睛是人类视觉系统的重要组成部分，它是很复杂的器官。人眼的生理特性对制订显示规范有很大的影响。第2页，共97页，编辑于2022年，星期三视觉信息的产生图像处理的许多目标，最终要通过人眼来判断所处理的结果。有必要研究人类视觉系统的特点，并研究它的等效数学物理模型。中央凹第3页，共97页，编辑于2022年，星期三一.人类视觉构造人眼的外形接近于球形，是一个直径为24mm的球状体，眼球壁由巩膜、脉络膜巩膜、脉络膜和视网膜视网膜组成。角膜、巩膜；(在眼球壁最外一层，呈白色，是眼球的保护层。巩膜前面1/6的透明

2、部分叫角，光线从角膜射入眼内。)脉络膜（有丰富血管和色素，起输送养料作用）、睫状肌）、虹膜（脉络膜最前面的环形部分）视网膜(第三层为视网膜视网膜,约占眼球内表面的2/3)黄斑中央凹锥体细胞明视觉细胞杆体细胞暗视觉细胞第4页，共97页，编辑于2022年，星期三 人人 眼眼1.巩膜：白色坚韧,厚0.40.8mm2.角膜：透明，R:8mm14.视神经3.脉络膜：黑色不透光8.前房液水状体:淡盐溶液,折射率1.3379.后房液玻璃体:含大量水份胶状物,折射率1.3364.虹膜：带色的彩带5.瞳孔：直径：1.48mm6.水晶体眼珠,折射率为1.42的胶状物,前后曲面半径:10mm,6mm7.睫状肌10.

3、视网膜:视神经网11.盲点:不引起视觉12.黄斑点直径:2mm13.中央窝:最敏感直径0.25mm第5页，共97页，编辑于2022年，星期三 n视觉特性视觉特性人眼的视网膜上有大量的光敏细胞，按其形状可分为人眼的视网膜上有大量的光敏细胞，按其形状可分为杆状细胞杆状细胞和和锥状细胞锥状细胞。这两种细胞在视觉特性上有着不同的性能和作用，两者给出的视觉效应是不一这两种细胞在视觉特性上有着不同的性能和作用，两者给出的视觉效应是不一样的。样的。杆状细胞杆状细胞的感光灵敏度很高，在低照度时，主要靠它分辨明暗，但对彩的感光灵敏度很高，在低照度时，主要靠它分辨明暗，但对彩色不敏感。杆状细胞从中央凹开始向四周慢

4、慢减少，体积大，约有色不敏感。杆状细胞从中央凹开始向四周慢慢减少，体积大，约有75,000,000150,000,000个，分布面大且几个到几十个柱细胞连到同一个个，分布面大且几个到几十个柱细胞连到同一个神经末梢，使得分辨率比较低；主要提供视野的神经末梢，使得分辨率比较低；主要提供视野的整体视象整体视象，不感受颜色并对，不感受颜色并对低照度较敏感，形成具有高灵敏度的无色觉功能的低照度较敏感，形成具有高灵敏度的无色觉功能的暗视觉暗视觉。例如在日光下鲜艳。例如在日光下鲜艳的彩色物体在月光下变得像无色的，就是由于只有柱细胞在工作。的彩色物体在月光下变得像无色的，就是由于只有柱细胞在工作。锥状细胞锥状

5、细胞感光灵敏度较低，在微弱的光线下不起作用，但在光线较为明亮时感光灵敏度较低，在微弱的光线下不起作用，但在光线较为明亮时既能感知各种明暗层次又能辨别出光的颜色。锥状细胞主要分布在视网膜的中既能感知各种明暗层次又能辨别出光的颜色。锥状细胞主要分布在视网膜的中央凹，体积小，排列密度很高，每个眼内约有央凹，体积小，排列密度很高，每个眼内约有6,000,000,000,000个锥细个锥细胞，一个锥状细胞就连接一个神经末梢胞，一个锥状细胞就连接一个神经末梢,感光灵敏度低，对颜色很敏感。锥细感光灵敏度低，对颜色很敏感。锥细胞视觉称为胞视觉称为明视觉明视觉或或亮光视觉亮光视觉。(动物有些只有一种感光细胞动物

6、有些只有一种感光细胞)电视画面都是在有一定亮度的环境下拍摄的，屏幕上呈现的图像也有相当的亮电视画面都是在有一定亮度的环境下拍摄的，屏幕上呈现的图像也有相当的亮度。所以，在电视系统中只需考虑锥状细胞的视觉特性即可。度。所以，在电视系统中只需考虑锥状细胞的视觉特性即可。第6页，共97页，编辑于2022年，星期三n明适应与暗适应n暗适应：人眼从光亮中进入到暗室时，在最初的瞬间什么都看不见，逐渐地才适应了黑暗，从而区分出周围物体的轮廓,在最初的5-10min内杆状细胞和锥状细胞一起暗适应,但后者更快适应。前者的感受度增加的更高，杆状细胞感受度增加可达几十万倍。n明适应：由暗环境到亮环境的过程,眼的感受

7、度降低;n包括两种基本过程：瞳孔大小的变化和视网膜感光化学物质的变化。主要机制是视觉的双重作用，即在黑暗中由中央视网膜转化为边缘视网膜的作用。视觉的暗适应程度是与视紫红质的合成程度相对应。视紫红质是杆状细胞内的一种化学物质，在爆光时便被破坏褪色；第7页，共97页，编辑于2022年，星期三 n二、视觉灵敏度二、视觉灵敏度n 同一波长的光，当其强度不同时，给人的亮度感觉是不同的，相同强度而波长不同的光，给人的亮度感觉也是不同的,即不同的色光具有不同的感受性。n 人眼的灵敏度因人而异，通过对大量视力正常者的实验统计，可得到如 图1-3 相对视敏函数曲线所示的相对视敏函数曲线。由图可见，在亮视觉下，当

8、辐射功率相同时，人眼感觉555nm的草绿光最亮，波长自555nm起向左和向右逐渐减小和增大时，亮度感觉逐渐下降。图1-3 相对视敏函数曲线第8页，共97页，编辑于2022年，星期三 n三、人眼的色度视觉三、人眼的色度视觉视觉三色原理的假设：锥状细胞分为三类,分别称为红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞，它们分别只对红色、绿色和蓝色光谱能量的刺激产生视觉反映。三种细胞对可见光的反应灵敏度曲线如下图三种锥状细胞的相对视敏函数曲线所示。图中的峰值分别出现在580nm，540nm和440nm处。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，人眼因此能分辨出五光十色的颜色。电视技术利用这一原理，在

9、图像复现过程中，不是重现原来景物的光谱分布，而是利用3种相似于红、绿、蓝锥状细胞特性的3种光源进行配色，在色感上得到相同的效果。第9页，共97页，编辑于2022年，星期三四、人眼的分辨力四、人眼的分辨力人眼在感知外界景物时，并非景物的所有信息都能被看到，在一定距离之外，景物中一些过小、过细的内容就无法被觉察。这说明人眼分辨景物细节的能力是有限的。人眼分辨景物细节的能力称为分辨力，用分辨角的倒数来定义。分辨角，是指在被观察物体上，人眼能分辨出的最近两个相邻点对眼睛形成的张角。测试方法如图1-4人眼的分辨力所示，图中设人眼刚能分辨出白色屏幕上的两个黑点a和b，这时a和b之间的距离为d，a和b对眼睛

10、形成的张角为，则就是分辨角。分辨角越小，说明人眼的分辨力越高，也即视力越好。图1-4 人眼的分辨力第10页，共97页，编辑于2022年，星期三（1）分辨力很大程度上取决于景物细节的亮度和对比度（最大亮度和最小亮度的比值）。亮度过低或过高，视力下降；细节对比度越小，也越不易分辨。（2）人眼对彩色细节的分辨力要远低于对黑白细节的分辨力。根据这一特性，在彩色电视中只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节，以减少色信号的带宽，这就是大面积着色原理的依据。第11页，共97页，编辑于2022年，星期三视敏度和细节视觉视敏度和细节视觉视敏度和细节视觉视敏度和细节视觉视角：视角：视角：视角：对象与眼睛所形成的张角

11、。对象与眼睛所形成的张角。V=1/视敏度视敏度视敏度视敏度V V:指分辨物体细节和轮廓的能力，通常以找指分辨物体细节和轮廓的能力，通常以找出两条线间的最小间隔来说明。出两条线间的最小间隔来说明。通常以分（）表示观察距离亮度对比度 VVV第12页，共97页，编辑于2022年，星期三五、视觉惰性与闪烁感觉五、视觉惰性与闪烁感觉1.视觉惰性视觉惰性 人的视觉对外界光刺激的响应有一定的延时。当一定强度的光突然作用于人眼时，需要经过一定的时间才能形成一个稳定的主观亮度感觉；当光消失以后，亮度感觉也不是瞬间消失，而是要经过一段时间之后才能消失，对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0.05至0.2秒。也就

12、是说，视觉的建立和消失都有一定的惰性，我们称之为视觉惰性，如 图1-6 视觉惰性 所示。图1-6 视觉惰性第13页，共97页，编辑于2022年，星期三n视觉惰性，是现代电影和电视的基础。电影和电视都是将一幅幅静止的画面以一定的频率在银幕或屏幕上轮流显现出来，只要静止画面在显现时每两幅之间的时间间隔小于视觉暂留时间（约0.1s)，这时人眼观看的虽然是一连串的静止画面，但前一幅画面的印象尚未消失，后一幅画面的印象又开始建立，前后画面在视觉上融合衔接在一起，因此人眼感觉到画面不是断续出现而是连续出现的。n视觉残留受如下因素影响：n1，发光物体的光强；2，刺激光的作用时间；3，不同色光的刺激。其中黄光

13、的后像消失得最快。第14页，共97页，编辑于2022年，星期三2.闪烁感觉闪烁感觉 对于周期性的脉冲光源，人眼还有一个称之为闪烁感觉的特性。也就是说，当脉冲光源的重复频率不太高时，人眼会跟随光源的变化产生一明一暗的感觉，即闪烁感觉。脉冲光源的重复频率提高时，这种闪烁感觉会随之减轻(是有视觉残留引起)。当重复频率提高到一定值后，闪烁感觉可完全消失，这时人眼感觉到的不是一闪一闪的脉冲光源，而是亮度恒定的不闪烁光源。不引起视觉闪烁感的光源最低重复频率通常称为临界闪烁频率（CFF）。由经验公式得到，人眼的临界闪烁频率约为46Hz。（但这与光强度有关，光暗时，临界闪烁频率也会低很多）电视机屏幕在显示画面

14、时相当于脉冲光源，因此其重复频率必须大于临界闪烁频率才能使观众不产生闪烁感。不过，电视系统的换帧（幅）频率只有25(30)Hz，为了克服闪烁感，电视系统采用了隔行扫描的方式，将一帧（幅）画面分成两场。这样一来，在不改变换帧频率的情况下，屏幕上画面的呈现频率提高了一倍，变为50(60)Hz，大于46Hz的临界闪烁频率。现代电视技术通常在电视机中采用特殊技术，如场频加倍技术等，将屏幕闪烁频率提高到100Hz，这时基本上可完全克服闪烁感。第15页，共97页，编辑于2022年，星期三当周期光信号的频率高于当周期光信号的频率高于CFFCFF时时,其视亮度其视亮度I I为为:L(t)L(t)为周期变化光的

15、实际亮度为周期变化光的实际亮度,眼睛感觉到的眼睛感觉到的是周期性变化光亮度的平均值。是周期性变化光亮度的平均值。CFF和光强的关系：n:临界频率，I:光强，a，b是两个参数第16页，共97页，编辑于2022年，星期三CFF受许多因素影响,现分别介绍如下：1.刺激的强度，微光时低于10Hz，高亮度（1000cd/m2 2)可高达4560Hz渐进值。2.2.刺激的面积，小面积的刺激的面积，小面积的CFFCFF比大面积的比大面积的CFFCFF低，两者也是低，两者也是对数关系。对数关系。A代表面积，c，d为两个参数第17页，共97页，编辑于2022年，星期三 3.视网膜的不同部位，中凹处的CFF较高。

16、4.4.不同背景光及不同的刺激色光不同背景光及不同的刺激色光 。白光的最大CFF值大于其他色光的相应数值；绿光的CFF值大于红，蓝光的相应数值。白光在蓝光背景上CFF最高，红光背景上中等，绿光背景上最低。5.CFF还与年龄、疲劳、缺氧和其他感官剌激有关。第18页，共97页，编辑于2022年，星期三六.光度学基础光通量,发光强度,照度,亮度等是光度学的主要参量,最早由朗伯建立;并提出它们之间的数学关系,形成光度学的主要定律第19页，共97页，编辑于2022年，星期三（1）光通量）光通量一般的通量指在单位时间内通过一定面积的能量流，在光度学中,光通量被定义为能够被人的视觉神经所感受到的那部分光辐射

17、功率的大小的度量(可见,只指可见光部分),显然，光通量将不显然，光通量将不可见光（红外线，紫外线）排除在外，而且在数量上也并不等于看得见的那部分光辐射功率值。可见光（红外线，紫外线）排除在外，而且在数量上也并不等于看得见的那部分光辐射功率值。光通量符号为，单位为流明（lm）。根据光辐射通量()单位波长间隔内光的实际功率，由下式可确定光通量：式中V()为光谱光视光效函数(明视觉函数)，Km为一个转换常数,也称为光功当量,它是辐射的光谱光视效能的最大值，其值为6381lm/W(m=555nm)。这是一个国际协议值;它表示在人眼视觉系统最敏感的波长(555nm)上,每瓦光功率相应的流明(lm)数,也

18、称此数为1光瓦;第20页，共97页，编辑于2022年，星期三 由此可见，光通量的大小反映了一个光源所发出的光辐射能所引起的人眼光亮感觉的能力。40W钨丝灯泡所输出的光通量468 lm，40W日光灯可达2100 lm 我们用每瓦流明数来表达一个光源或一个显示器的光效光效率率。单位lm/w,日光灯的光效率就比钨丝灯泡的光效率高;PDP比CRT的低很多;第21页，共97页，编辑于2022年，星期三2）发光强度：）发光强度：光源在给定方向上的一个很小的立体角元d内所包含的光通量d除以该立体角之商，即为光源在此方向上的发光强度 I=d/d单位为坎德拉（cd），1cd=1lm/sr。一般光源在各个方向上的

19、发光强度不是均匀分布的，按发光强度的实际分布以及坐标画出分布曲线。第22页，共97页，编辑于2022年，星期三某一方向上的发光强度第23页，共97页，编辑于2022年，星期三3）亮度：）亮度：光源发光表面上某一点处的亮度是该面元dS在给定观察方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之商，即，单位为坎德拉每平方米（cd/m2），可见，它是单位面积上的发光强度。为这个面的为这个面的法线方向与观察方向所成之角；法线方向与观察方向所成之角；第24页，共97页，编辑于2022年，星期三亮度还可用来描述光路的任一截面 如果有一个面积为A的均匀发光面，它在某一方向上的亮度为L，则它在这

20、个方向上的发光强度I应为：I LA cos 是该发光面的法线与所指定方向的夹角;第25页，共97页，编辑于2022年，星期三 如果这个面光源的亮度在各个方向上都相等如果这个面光源的亮度在各个方向上都相等,则则L=L=L=L=常数。常数。这时上式可变为这时上式可变为:I I LA cos LA cos 令 I0 0LA 表示该面光源法线方向上的发光强度则 I I0 0cos cos 朗伯定律 它表示一个亮度在各个方向上都相等的发光面，在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度I0乘以方向角的余弦。这样的发光面称为朗伯发射面，也叫均匀漫射面。第26页，共97页，编辑于2022年，星期三4

21、）照度：）照度：表面上一点的照度是入射在包括该点面元上的光通量d除以该面元面积dA之商。即：E=d/dA单位为勒克斯（lx），1lx=1lm/m2。曝光量曝光量H=Et（勒克斯秒）对于点光源，若在某一方向上的发光强度为I，那么在该方向上离开光源的距离为r处的照度E=I/r2。照度与离开光源的距离平方成反比。（见下页）第27页，共97页，编辑于2022年，星期三 例：设有一个发光强度为I cd的点光源,若以此点光源为球心作一个半径为R的球面,求球面上的照度。dRdA这就是照度的距离平方反比定律。第28页，共97页，编辑于2022年，星期三5.出光度单位面积上发出的光通量；如：朗伯发射面积为：A出

22、光度：M=/A单位：lm/m2注意：出光度与照度量纲一样，但物理意义完全不同第29页，共97页，编辑于2022年，星期三光度学中常用参量表名称定义表示符号单位光通量流明（lm）发光强度I=d/d I坎德拉（cd）亮度L坎德拉每平方米（cd/m2）照度E=d/dAE勒克斯（lx）出光度M=d/dAM流明每平方米（lm/m2)第30页，共97页，编辑于2022年，星期三七.色度学概论n光是一种频率的电磁波，可见光的波长范围是：0.38-0.78m不同的波长对应着不同的颜色红红红红橙橙橙橙黄黄绿绿青青蓝蓝蓝蓝紫紫紫紫630600570500450430380780630600570500450430

23、从一种颜色从一种颜色,到另一种颜色到另一种颜色,实际上是渐变的实际上是渐变的,颜色波长的变颜色波长的变化也不均匀化也不均匀;第31页，共97页，编辑于2022年，星期三白光白光(太阳光太阳光)棱镜棱镜屏屏可见光谱可见光谱:第32页，共97页，编辑于2022年，星期三可见可见,太阳光不是一种单色光太阳光不是一种单色光,而是由许多色光混合组成。而是由许多色光混合组成。混合光，随着各种波长光量的比例不同而显现出不同的颜色！混合光，随着各种波长光量的比例不同而显现出不同的颜色！短波的光能量较多时便呈现蓝色，长波的光能量较多时呈现红色。可见光谱的每一部分都有它自己唯一的值，它被称之为颜色。理论上可以有无

24、数种颜色，但人眼能区别的颜色是有限的。人眼有把多种颜色相混合的能力,可把多种波长的光相混呈一种颜色。人眼看到的颜色实际上是由多种颜色相混后的结果。n物体的颜色是由光线在物体上被反射和吸收的情况决定的！n为何有些花看起来是红色？n人们在灯光下观看颜色时，会受到光源影响：人们在灯光下观看颜色时，会受到光源影响：n绿草在钠灯下看不出是绿色，n不论什么颜色的物体在月光下看都带青绿色彩。第33页，共97页，编辑于2022年，星期三n前面谈到的是非自发光的物体色,称为表面色表面色。另外还有自自发光体色发光体色,称为光源色。光源色主要由光源色温决定,色温高,色光偏蓝色;色温低,色光偏红色。色温并不是指颜色的

25、温度,而是指一个光源的颜色与黑体加热到某温度时所发生的光色相同,这个光源的色温便是该温度。n例如，白色荧光灯的颜色与加热到4500k时所发生的光色相同，称这种灯的色温为4500k第34页，共97页，编辑于2022年，星期三n颜色分：非彩色，彩色n非彩色：黑,白和这两者之间深浅不同的灰色;白黑系列白黑系列由白色渐渐到浅灰，再到中灰，再到深灰，由白色渐渐到浅灰，再到中灰，再到深灰，直到黑色。直到黑色。(反射率越高时反射率越高时,越接近白色越接近白色)纯白是理想的完全反射的物体，其光反射率等于纯白是理想的完全反射的物体，其光反射率等于1；纯黑是理想的无反射的物体，其光反射率等于纯黑是理想的无反射的物

26、体，其光反射率等于0。愈接近白色，明度愈高，反之，愈接近黑色，明度愈低。愈接近白色，明度愈高，反之，愈接近黑色，明度愈低。第35页，共97页，编辑于2022年，星期三描述彩色光基本特性的概念n色彩的三属性：色调、饱和度、明度色彩的三属性：色调、饱和度、明度色调：色别、色的相貌。色调：色别、色的相貌。如：如：红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、蓝蓝、紫紫色调主要决定于光的波长。色调主要决定于光的波长。饱和度（彩度）：色彩的纯洁程度饱和度（彩度）：色彩的纯洁程度,是颜色色是颜色色调的表现程度调的表现程度,主要决定于物体反射率光谱选主要决定于物体反射率光谱选择性。颜色中加白光越多择性。颜色中加白光越多,其

27、饱和度越小其饱和度越小;第36页，共97页，编辑于2022年，星期三三个基本特性（色调，明度，饱和度）色调是指在物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的,不同波长产生不同颜色的感觉。反映颜色的类别,R,G,B饱和度是指一个颜色的鲜明程度，是颜色色调的表现程度。颜色纯度的人眼的主观评价 色调和饱和度统称色度明度(亮度)是指刺激物的强度作用于眼睛所发生的效应,它的大小是由物体反射系数来决定的。是指色彩的明暗、深浅程色彩的明暗、深浅程色彩的明暗、深浅程色彩的明暗、深浅程度度度度(黄黄色调的明度最高，色调的明度最高，紫紫紫紫色调的明度最低色调的明度最低)黑白红橙黄绿蓝紫绿黄蓝绿明度明度饱和度色调颜色立

28、体图第37页，共97页，编辑于2022年，星期三色相环色相环第38页，共97页，编辑于2022年，星期三加法混色n1.同时加色法:对于光谱中的每一种色光,都可以找出另一种按一定比例与它混合得到一种白光的色光,这一色光称为补色;如:红与青,绿与紫,蓝与黄都互为补色;光谱中的色光混合是一个加色法,所有色光都可以用红,绿,蓝三基色以一定的比例混合而成第39页，共97页，编辑于2022年，星期三色光三原色加色法的结果可以用下列公式表示:红色+绿色=黄色红色+蓝色=紫色蓝色+绿色=青色红色+蓝色+绿色=白色第40页，共97页，编辑于2022年，星期三红红蓝蓝紫绿白青黄 加法混色加法混色第41页，共97页

29、，编辑于2022年，星期三2.继时加色法利用了视觉惰性特点;将两种以上的颜色刺激以40到50HZ以上的交替频率作用于视网膜,就形成混色刺激状态,这就是继时混色(或:时间混色)第42页，共97页，编辑于2022年，星期三n3.空间混色当红绿蓝三基色靠的很近时,近到人眼不能分辨时,这三点就在人眼中产生混色效应;彩色电视机显现出的颜色,就是空间加色法的最好应用实例!第43页，共97页，编辑于2022年，星期三减法混色n生活中,表面物体的颜色是表面物体的颜料吸收了一定波长的光线以后所余下的光线的色调;所以,色料的混色,是减法混色!减色法的三原色是:黄,品红,青(注意:它们正好是加色法的补色)第44页，

30、共97页，编辑于2022年，星期三固有色（表面色）固有色（表面色）物体在日光照明物体在日光照明下所反射出来的色，色彩（颜色）是主下所反射出来的色，色彩（颜色）是主观量而非客观量。观量而非客观量。n人眼人眼+光光+反射（吸收）反射（吸收）物物 体体光光第45页，共97页，编辑于2022年，星期三色料混合色料混合第46页，共97页，编辑于2022年，星期三色觉理论1.三色说其假设视网膜存在三种感应器，分别含有对红绿蓝敏感的视色素。这一学说可以很好的解释前面的色混合现象，但不能解释色盲现象；(如:红绿色盲者,不应该看到黄,实际是可看到黄色的)2四色说是基于颜色是成对这一视觉现象出发（黑-白视素，红-

31、绿视素，黄-蓝视素）它可以解释色盲，但不能解释重要的颜色混合规律3阶段说同意了以上三色说和四色说第47页，共97页，编辑于2022年，星期三格拉斯曼色彩混合定律格拉斯曼色彩混合定律1.人人的的视视觉觉只只能能分分辨辨色色彩彩的的三三种种变变化化：明明度度、色色调、饱和度调、饱和度2.在在由由两两个个成成分分组组成成的的混混合合色色中中，如如果果一一个个成成分分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。n补补色色律律：每每一一种种色色彩彩都都有有一一个个相相应应的的补补色色。如如果果某某一一色色彩彩与与其其补补色色以以适适当当比比例例混混合合，便便产产生生白白色

32、色或或灰灰色色；如如果果二二者者按按其其他他比比例例混混合合，便便产产生近似比重大的色彩成分的非饱和色。生近似比重大的色彩成分的非饱和色。n中中间间色色律律：任任何何两两个个非非补补色色相相混混合合，便便产产生生中中间间色色，其其色色调调决决定定于于两两色色彩彩的的相相对对数数量量，其其饱饱和度决定于二者在色调顺序上的远近。和度决定于二者在色调顺序上的远近。第48页，共97页，编辑于2022年，星期三3.色色彩彩外外貌貌相相同同的的光光，不不管管它它们们的的光光谱谱组组成成是是否否样样，在在色色彩彩混混合合中中具具有有相相同同的的效效果果。换换言言之之，凡是在视觉上相同的色彩都是等效的。凡是在

33、视觉上相同的色彩都是等效的。n代替律：相似色混合后仍相似。代替律：相似色混合后仍相似。如果色彩如果色彩A=色彩色彩B，色彩，色彩C=色彩色彩D，那么那么:色彩色彩A+色彩色彩C=色彩色彩B+色彩色彩D第49页，共97页，编辑于2022年，星期三代代替替律律表表明明:只只要要在在感感觉觉上上色色彩彩是是相相似似的的，便便可可以以互互相相代代替替，所所得的视觉效果是同样的。得的视觉效果是同样的。设设A+B=C，而而B=X+Y，那那么么A+(X+Y)=C。这这个个由由代替而产生的混合色与原来的混合色在视觉上具有相同的效果。代替而产生的混合色与原来的混合色在视觉上具有相同的效果。根根据据代代替替津津，

34、可可利利用用色色彩彩混混合合方方法法来来产产生生或或代代替替某某种种所所需需要要的的色色彩彩。色色彩彩混混合合的的代代替替律律是是一一条条非非常常重重要要的的定定律律，现现代代色度学就是建立在这一定律基础上的色度学就是建立在这一定律基础上的。4.混混合合色色的的总总亮亮度度等等于于组组成成混混合合色色的的各各色色彩彩光光亮亮度度的的总总和和。这一定律叫做这一定律叫做亮度相加律亮度相加律。上上面面所所说说的的格格拉拉斯斯曼曼色色彩彩混混合合定定律律是是色色度度学学的的一一般般规规律律，适适用用于于各各种种色色彩彩光光的的相相加加混混合合。但但这这些些规规律律不不适适用用于于染染料料或或涂涂料料的

35、混合。的混合。第50页，共97页，编辑于2022年，星期三人眼对颜色的辨别能力1.对色调的辨别在饱和度最大及亮度不变的情况下,人眼在494nm和585nm最敏感,而对可见光谱的两段波长不敏感,(如图P32,2-12),人眼大概可分辨128种色调;2.对饱和度的辨别对黄色的饱和度只能分4级,对红及紫的饱和度达20级以上(图2-13)大概有600种的亮度可见,人眼总的对颜色的辨别理论上大概是:128*10(平均色饱和度级)*600约100万种但考虑到在饱和度明显减少和亮度特别增大及缩小时,人眼对色调的辨别大大降低,所以实际人眼辨别的颜色大概就1万多种万多种;第51页，共97页，编辑于2022年，星

36、期三 八.色度图现代色度学采用国际照明委员会(简称CIE)所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法，称为CIE标准色度学系统。此系统是以两组现代色度学的基本视觉实验数据为基础的。CIEl931标准色度观察者光谱三刺激值，适于1o4o视场的颜色测量；CIEl964补充标准观察者光谱三刺激值，适于大于4o视场的颜色测量。并且CIE规定必须在明视觉条件下使用这两组标准观察者的数据。第52页，共97页，编辑于2022年，星期三n用配色实验建立物理三基色计色系统(RGB系统)根据三色说:要配出各种颜色,配色方程：F=rR+gG+bB,r,g,b为三色相对系数(这里已经根据色度与亮度无关,把系数归一化了)

37、1931年,国际照明委员会(简称CIE)规定700nm的红、546.1nm的绿和435.8nm的蓝为色光三原色，三原色能相加匹配出等能白色(E光源),采用目视配色仪上匹配出等能光谱色的R、G、B分量红基色单位R是早波长700nm红光,1lm绿基色单位G是早波长546.1nm红光,4.5907lm蓝基色单位B是早波长435.8nm红光,0.0601lm由于r,g,b已经归一化,即:r+g+b=1,所以就只要用r,g两个量来表示色度就可以了，三维空间色图就可以用二维的色度图表示了。第53页，共97页，编辑于2022年，星期三1931 CIE-RGB 系统色度图第54页，共97页，编辑于2022年，

38、星期三n但在实际中,不可能用单色的三基色来配色,如荧光屏的红绿蓝的三色荧光粉,他们是非单色的基色,因此新定义三个系数(分布色系数或叫光谱三刺激值光谱三刺激值):需要指出，光谱三刺激值函数是与所选择的红、需要指出，光谱三刺激值函数是与所选择的红、绿、蓝三原色有关。绿、蓝三原色有关。一般来说，光谱三刺激值一般来说，光谱三刺激值在某些波段会出现负值在某些波段会出现负值。如下图。如下图;第55页，共97页，编辑于2022年，星期三1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者第56页，共97页，编辑于2022年，星期三由于色分布系数仍然出现付数,计算起来不方便,也不易理解,因此进行色度坐标的转换,用假想

39、的基色X,Y,Z建立新的色度图,从而产生CIE1931-XYZ标准色度图,此时的(X),(Y),(Z)是三个假想的基色;在该系统中，X、Y、Z均为正值;第57页，共97页，编辑于2022年，星期三2.7.2 1931CIE-XYZ 系统亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨迹之内的色度坐标都成了正值。XYZ假想三原色的由来：假想三原色的由来：第58页，共97页，编辑于2022年，星期三XYZ中只有Y（Y）基色分量一项有亮度，令1（Y）的光通量为1lm，而另外两个基色不含有亮度，但其色度仍有X、Y、Z的比值确定，这样X=Y=Z时仍代表等能白光。XYZ系

40、统是由RGB系统推导而来的。由于（X）和（Z）的光通量应为零，（X）、（Z）的连线应为光通量等于零的轨迹。在RGB图中，这条无亮度线公式就应为;第59页，共97页，编辑于2022年，星期三X、Y、Z三点在rg图中的坐标是：X：r=1.2750，g=-0.2778，b=0.0028Y：r=-1.7392，g=2.7671，b=-0.0279Z：r=-0.7431，g=0.1409，b=1.6022在1931CIE-XYZ色度图中，等能的白光，即E光源的色度坐标为：xE=0.3333，yE=0.3333。第60页，共97页，编辑于2022年，星期三1931CIE-XYZ 色度图第61页，共97页，

41、编辑于2022年，星期三第62页，共97页，编辑于2022年，星期三CIE l931-XYZ 标准色度观察者第63页，共97页，编辑于2022年，星期三附录一：错觉n这是一组很容易产生错觉的图像，注意！可别让眼睛欺骗你哦n在右边的图中，你看见了一个旋涡吗？其实它们是一个个同心圆。第64页，共97页，编辑于2022年，星期三错觉一n两个位于中心的圆哪个大？这两条线是弯曲的吗？这两条竖线哪一条长？第65页，共97页，编辑于2022年，星期三错觉二n线c与线a共线，还是与线b共线？线段ab长还是bc长？这两个黑色的长方形哪个高？第66页，共97页，编辑于2022年，星期三错觉三n不信吧？图中的圆确实

42、是一个正圆形。这两条线是平行的直线吗？这个菱形的边是直的。第67页，共97页，编辑于2022年，星期三动态错觉一n请数一数下面有多少个黑圆点。第68页，共97页，编辑于2022年，星期三动态错觉二n双眼注视中间的黑点，前后移动你的头，你看见了什么第69页，共97页，编辑于2022年，星期三活动景物活动景物活动景物活动景物（光信号）（光信号）（光信号）（光信号）电信号电信号电信号电信号加工加工加工加工处理处理处理处理电传电传电传电传输输输输逆变为图逆变为图逆变为图逆变为图象象象象九九.电视传像原理电视传像原理 电视传送的主要信息是活动图像，其基本过程是在发送端电视传送的主要信息是活动图像，其基本

43、过程是在发送端把活动景物的光信号转变成与它对应的电信号，经过加工、处把活动景物的光信号转变成与它对应的电信号，经过加工、处理并进行电传输理并进行电传输(发射电磁波或用馈电线发射电磁波或用馈电线)，在接收端再把收到，在接收端再把收到的电信号逆变成原来景物的图像。的电信号逆变成原来景物的图像。在接收端要使用各种显示器件，包括各种平板显示器在接收端要使用各种显示器件，包括各种平板显示器件。件。第70页，共97页，编辑于2022年，星期三1.4.1 图像的特点与组成 为了传输一幅图像，通常的办法是将整个画面分解成许多小的单元，我们把被分解的最小的图像单元称为像素像素像素像素。对于黑白图像每个像素点为黑

44、白程度不同的小点，对于彩色图像每个像素点又由红、绿、蓝三个彩色点组成。第71页，共97页，编辑于2022年，星期三 这样就把空间坐标这样就把空间坐标(x，y)也转换成时间也转换成时间t的函数了。采用逐的函数了。采用逐点扫描以后，时间的先后就反映不同的坐标，所以在传送过点扫描以后，时间的先后就反映不同的坐标，所以在传送过程中，必须由用程中，必须由用同步扫描同步扫描同步扫描同步扫描来确保发送端与接收端坐标的一一来确保发送端与接收端坐标的一一对应关系，才能使被传送的图像不失真。对应关系，才能使被传送的图像不失真。对于活动的电视图像，每幅画面上的亮度与色度都对于活动的电视图像，每幅画面上的亮度与色度都

45、是是(x，y，t)的函数，其中的函数，其中(x，y)代表各像素的几何位置。代表各像素的几何位置。t表示按时间顺序逐一传送空间分布的每一像素的亮度表示按时间顺序逐一传送空间分布的每一像素的亮度和色度。和色度。第72页，共97页，编辑于2022年，星期三1.4.2 图像的顺序传送 图像的顺序传送图像的顺序传送就是在发送端把被传送图像上各像素的亮度、色度按一定顺序，逐一地转变为相应的电信号，并依次经过一个通道，在接收端再按相同的顺序，将各像素的电信号在电视机屏幕相应位置上转变为不同亮度、色度的光点。第73页，共97页，编辑于2022年，星期三1.4.3 电视扫描 在电子束型摄像与显示器件中，如图2-

46、4所示的电子笔S、S就是电子束。电子束的扫描过程在发送端同时完成了图像分解与光图像分解与光-电转换过程电转换过程；在接收端则同时完成了图像合图像合成与电成与电-光转换过程光转换过程。电子束的扫描方式很多，但在电视图像传送中毫无例外地采用从左到右，从上到下的匀速直线性扫描。只要每秒重复传送在只要每秒重复传送在50次以次以上，则接收端即可看到一副上，则接收端即可看到一副活动的图象活动的图象第74页，共97页，编辑于2022年，星期三1.逐行扫描光栅 逐行扫描是指电子束从左到右沿垂直方向从上到下以均匀速度依次地一行紧接一行扫过屏幕。扫描电子束移动轨迹的集合体便形成扫描光栅扫描光栅，如图2-5所示，它

47、由水平扫描和垂直扫描两部分组成。第75页，共97页，编辑于2022年，星期三 沿水平方向的扫描称为沿水平方向的扫描称为行扫描行扫描行扫描行扫描，从左到右为，从左到右为正程扫描正程扫描正程扫描正程扫描T THtHt，反之，反之，则为则为行逆程扫描行逆程扫描行逆程扫描行逆程扫描T THr Hr。行周期行周期T THH=T THtHt+T+THrHr 沿垂直方向的扫描为沿垂直方向的扫描为帧扫描帧扫描帧扫描帧扫描，从上到下为，从上到下为帧正程扫描帧正程扫描帧正程扫描帧正程扫描T TFtFt，反之，为，反之，为帧逆程扫描帧逆程扫描帧逆程扫描帧逆程扫描T TFrFr，帧周期，帧周期，帧周期，帧周期T TF

48、 F=T=TFtFt+T+TFrFr帧逆程系数帧逆程系数 T TFrFr T TF F 按电视标准规定按电视标准规定按电视标准规定按电视标准规定 8%8%行逆程系数行逆程系数T THrHr T TH H 按电视标准规定按电视标准规定按电视标准规定按电视标准规定18 逐行扫描电视的图像质量好，扫描电路简单，其缺点是要求通带很宽，因此逐行扫描电视的图像质量好，扫描电路简单，其缺点是要求通带很宽，因此逐行扫描只用于工业电视和未来的高清晰度电视，而在广播电视中均采用隔行逐行扫描只用于工业电视和未来的高清晰度电视，而在广播电视中均采用隔行扫描。扫描。第76页，共97页，编辑于2022年，星期三2.隔行扫

49、描所谓所谓隔行扫描隔行扫描隔行扫描隔行扫描是指将一帧图像分成两场，第一场扫奇数行，第二场扫偶数行的是指将一帧图像分成两场，第一场扫奇数行，第二场扫偶数行的扫描方式。扫描方式。(1-1A-A-13121)第77页，共97页，编辑于2022年，星期三 在电视技术中，每秒只传送25帧（或30帧）图象，但每帧图象分奇偶两场来传送，这样就变成每秒传送50场（或60场）图象。在重现时，每秒出现的50场（或60场）图象被人眼综合成25帧（或30帧）完整的图象。隔行扫描有帧场帧场之分，场扫描是指每垂直扫描一次，由规定的1/2扫描行组成的称之为场场，而帧是由规定的全部扫描行组成。第78页，共97页，编辑于202

50、2年，星期三 实现隔行扫描的关键是如何使偶数场与奇数场互相恰好地交织，如实现隔行扫描的关键是如何使偶数场与奇数场互相恰好地交织，如果隔行不好就会产生果隔行不好就会产生“并行并行”现象，使图像质量下降。确保隔行扫描成现象，使图像质量下降。确保隔行扫描成功的关键是一帧的行数功的关键是一帧的行数Z是奇数，即是奇数，即:fH/fV=Z/2=(2n+1)/2=n+1/2 式中式中:n为整数为整数。隔行扫描的优点隔行扫描的优点隔行扫描的优点隔行扫描的优点是解决了通频带与清晰度之间的矛盾，从而使电视机的是解决了通频带与清晰度之间的矛盾，从而使电视机的成本下降，为普及电视作出了贡献。成本下降，为普及电视作出了