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1、第1章 光度学和色度学 第第1 章章 光度学和色度学光度学和色度学 1 光度学基础光度学基础 2 人眼的视觉特性人眼的视觉特性3 色度学基础色度学基础第1章 光度学和色度学 1光度学基础我们生活在一个多彩的世界里。白天，在阳光的照耀下，各种色彩争奇斗艳，并随着照射光的改变而变化无穷。但是，每当黄昏，大地上的景物，无论多么鲜艳，都将被夜幕缓缓吞没。在漆黑的夜晚，我们不但看不见物体的颜色，甚至连物体的外形也分辨不清。同样，在暗室里，我们什么色彩也感觉不到。这些事实告诉我们：没有光就没有色，光是人们感知色彩的必要条件，色来源于光。所以说：光是色的源泉，色是光的表现。第1章 光度学和色度学 一、光的特

2、性一、光的特性 图1-1电磁波的波谱第1章 光度学和色度学 第1章 光度学和色度学 光源光源人眼感觉到的颜色，除与物体本身的反射特性有关外，还与光源的特性有关，故这里讨论几种电视中常用的基准光源。所谓基准光源是指具有特定光谱分布的光源。光分为单色光和复合光。原理上，单一波长（单一频率）电磁辐射发出的可见光称为谱色光或单色光。我们把不是仅含单一波长的光称为复合光，人们日常接触到的各种光源或反射入眼睛的光，均为复合光。第1章 光度学和色度学 描述光源色相常用色温，它源于绝对黑体加热在不同温度下有不同的发光颜色，通常称该温度（用绝对温度K）为该光色的色温。相关色温指光色最接近黑体某温度之光色的色温值

3、。相同色温光源的相对功率谱不一定相同，即颜色具有同色异谱色。第1章 光度学和色度学 绝对黑体能全部吸收外来的电磁辐射而无反射和透射。黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。它被可见光照射时因为没有反射光线而呈现黑色，故名。这是一种现实中不存在的理想物体。通常近似地认为一个空腔表面的小孔是黑体。第1章 光度学和色度学 光源的辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。不同光源有不同的光谱功率分布，国际照明委员会（简称CIE）规定了一些光源。基准光源A（A白）、基准光源B（B白）、基准光源C（C白）、基准光源D65（D65白）、基准白色光源（E白）。E白是等能白光源，自然界中不存在，是用于

4、彩色电视计算的一种假想光源。第1章 光度学和色度学 3.物体的颜色物体的颜色在中学的物理课中我们可能做过棱镜的试验，白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱，颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这就是可见光谱。其中人眼对红、绿、蓝最为敏感，人的眼睛就像一个三色接收器的体系，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。这是色度学的最基本原理，即三基色原理。三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。红绿蓝是三基色，这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。红绿蓝三基色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。第1章 光度学和

5、色度学 第1章 光度学和色度学 二、光的度量二、光的度量辐射功率相同波长不同的光对人眼产生的亮度感觉是不相同的。1933年国际照明委员会（CIE）经过大量实验和统计，给出人眼对不同波长光亮度感觉的相对灵敏度，称为相同视敏度。第1章 光度学和色度学 表11给出了相对视敏度的最佳数据，第1章 光度学和色度学 下图是根据表11作出的曲线，称为相同视敏函数曲线。它的意义是：人眼对各种波长光的亮度感觉灵敏度是不相同的。实验表明：在同一亮度环境中，辐射功率相同的条件下，波长等于555nm的黄绿光对人的亮度觉最大，并令其亮度感觉灵敏度为1；人眼对其它波长光的亮度感觉灵敏度均于黄绿光（555nm），故其它波长

6、光的相对视敏度V（l）都小于1。例如波长为660nm的线光的相对视敏度V（660）0.061，所以，这种红光的的辐射功率应比黄绿光（555nm）大16倍（即1/0.06116），才能给人相同的亮度感觉。第1章 光度学和色度学 当l780nm时，V（l）0。这说明紫外线和红外线的射功率再大，也不能引亮度感觉，所以红外线和紫外线是不可见光。这也是自然选择的结果。假如人眼对红外线也能反映，那么这种近似光雾的热辐射将会成为人们观察外部世界的一种干扰。第1章 光度学和色度学 光通量指人眼所能感觉到的辐射能量，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。由于人眼对不同波长光的相对视见率不

7、同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。例如，当波长为55510-7米的绿光与波长为65010-7米的红光辐射功率相等时，前者的光通量为后者的10倍。光通量的单位为“流明”。光通量通常用来表示，在理论上其功率可用瓦特来度量，但因视觉对此尚与光色有关。所以度量单位采用，依标准光源及正常视力另定之“流明”来度量光通量。符号：lm2、光通量、光通量第1章 光度学和色度学 1.烛光、国际烛光、坎德拉（candela）的定义在每平方米101325牛顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K获1

8、769）时，沿垂直方向的发光强度为1坎德拉。并且，烛光、国际烛光、坎德拉三个概念是有区别的，不宜等同。从数量上看，60坎德拉等于58.8国际烛光，亥夫纳灯的1烛光等于0.885国际烛光或0.919坎德拉。几个定义的介绍：几个定义的介绍：第1章 光度学和色度学 2.发光强度与光亮度发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强为I=F/，为立体角，单位为球面度（sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4。光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积

9、之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。以下是部分光源的亮度值：单位cd/m太阳：1.5*10；日光灯：（510）*10；月光（满月）：2.5*10；黑白电视机荧光屏：120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。第1章 光度学和色度学 3.光通量与流明光通量与流明 光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上

10、并不能产生相同的明亮程度，在各色光中，黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如果用绿色光作水准，令它的光通量等于辐射能通量，则对其它色光来说，激起明亮感觉的本领比绿色光为小，光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明，是英文lumen的音译，简写为lm。绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305*10cm面积上辐射出来的光通量为1lm。为表明光强和光通量的关系，发光强度为1坎德拉的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1流明。一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。第1章 光度学和色度学 4.光照度与勒克斯光照度与勒克斯 光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音

11、译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。以下是各种环境照度值：单位lux黑夜：0.0010.02；月夜：0.020.3；阴天室内：550；阴天室外：50500；晴天室内：1001000；夏季中午太阳光下的照度：约为10*9次方；阅读书刊时所需的照度：5060；家用摄像机标准照度：1400。第1章 光度学和色度学 课程回顾课程回顾第1章 光度学和色度学 光和物体的颜色光和物体的颜色客观现实中物体的

12、颜色光源的颜色，直接取决于它的功率谱；物体的颜色不仅取决于它的反射特性和透射特性，而且还与照射光源的功率谱有关1、在白天2、在夜晚主观因素下的物体的颜色不同的人对于同一功率谱的光的色感可能是不相同的。例如，对于用红砖建造的房子，视觉正常的人看是红色，而有红色盲的人看是土黄色；同样，他看绿草坪是黄色黄色。由于周围环境的影响，红色盲患者会把他看到的“土黄色”房子叫做“红色”房子；同样，把他看到的“黄色”草坪，叫做绿色草坪，并认为他看到的“红色”与“绿色”和正常人一样。第1章 光度学和色度学 色度学和电视技术中，常以白色作为一种标准，但是对于众多的白光又有：A光源：色温为2845K，相当于白炽灯在2

13、800K时辐射出的光。B光源：相关色温为4800K，相当于中午直射的日光。C光源：相关色温为6700K，相当于白天的自然光，它的蓝色成分较多。D65光源：相关色温为6500K，相当于白天平均光照，近年来，常被用作彩色电视的标准光源。E光源：又称为等能白光，即P（l）常数，它是一种假想而实际并不存在的光源，采用它纯粹是为了简化色度学中的计算，其相关色温为5500K。第1章 光度学和色度学 锥体细胞和杆状细胞在较亮的情况下，视网膜中的三种锥状细胞对长、中，短三种光域产生不同的视觉反应，便能让我们看见光谱中的红、绿、蓝三个主要色域来形成色彩。第1章 光度学和色度学 第1章 光度学和色度学 2 人眼的

14、视觉特性人眼的视觉特性人眼睛里视觉的两种细胞人眼睛里视觉的两种细胞我们知道，外界光辐射到人眼中刺激视网膜所引起的知觉叫做视觉？现代神经生理学实验证实，人眼的视网膜上存在大量的光敏细胞，按其形状可分为两类，即杆状细胞和锥状细胞杆状细胞对入射光的强度很敏感，它能分辨亮度的差别，而对颜色的分辨本领极差；而锥状细胞虽然对亮度的灵敏度不高，但却能分辨颜色白天亮度较强时，主要靠锥状细胞产生视觉作用，所以白天人所看到的是万紫千红的彩色世界夜间亮度较弱时，主要靠杆状细胞产生视觉作用，因此夜间看到的物体无颜色之分，只有灰蒙蒙的影像第1章 光度学和色度学 人眼的锥状细胞可分为三种，每种锥状细胞对光谱不同部分的感受

15、性能是不同的一种对红光的感受性最灵敏，叫红色锥状细胞；一种对绿光的感受性最灵敏，叫绿色锥状细胞；一种对蓝光的感受性最灵敏，叫蓝色锥状细胞三种细胞在某种光的刺激下，分别产生不同程度的兴奋，便产生相应的颜色视觉如果三种细胞都兴奋，便会产生白色的视觉如果三种细胞都不兴奋，便会产生黑色的视觉人视觉的锥状细胞分别对红、绿、蓝三色光最敏感是因为只有这三种色做为原色（基色），才能合成自然界存在的几乎所有颜色，视觉才能符合客观世界万紫千红的实际，这也许是人类长期进化的结果任意两种色光只要它们给人眼的三种锥状细胞的刺激总体效果相同，人就会感到两种色光的亮度和颜色相同，而不管这两种色光的光谱组成是否相同也就是说颜

16、色视觉相同的色光，其光谱也可以相同，我们把这种情况叫做“同色同谱”；其光谱可以不相同，我们把这种情况叫做“同色异谱”关于这点在下面三原色的混合中可以得到证实第1章 光度学和色度学 在弱光条件下，人眼的视觉过程主要由杆状细胞完成。而杆状细胞对各种不同波长光的敏程度将不同于明显视觉视敏函数曲线，表现为对波长短的光敏度感有所增大。即曲线向左移，这条曲线称暗视觉敏函数曲线，如图中细曲线所示。在弱光条件下，杆状细胞只有明暗感觉，而没有彩色感觉。第1章 光度学和色度学 视觉范围视觉范围人眼能够感觉的亮度范围（称为视觉范围）极宽，从千分之几尼特直到几百万尼特。其所以如此之宽，是由于依靠了瞳孔和光敏细胞的调节

17、作用。瞳孔根据外界光的强弱调节其大小，使射到视网膜上的光通量尽可能是适中的。在强光和弱光下，分别由锥状细胞和杆状细胞作用，而后者的灵敏度是前者的1万倍。明暗感觉的相对性明暗感觉的相对性在不同的亮度环境下，人眼对于同一实际亮度所产生的相对亮度感觉是不相同的。例如对同一电灯，在白天和黑夜它对人眼产生的相对亮度感觉是不相同的。另外，当人眼适应了某一环境亮度时，所能感觉范围将变小。例如，在白天环境亮度10，000尼特（烛光/平方米）时，人眼大约能分辨的亮度范围为20020，000尼特，低于200尼特的亮度同感觉为黑色。而夜间环境为30尼特时，可分辨的亮度范围为1200尼特，这时100尼特的亮度就引起相

18、当亮的感觉。只有低于1尼特的亮度才引起黑色感觉。第1章 光度学和色度学 二、人眼的分辨力二、人眼的分辨力1.视角视角观看景物时，景物大小对眼睛形成的张角叫做视角。其大小既决定景物本身的大小，也决定于景物与眼睛的距离。第1章 光度学和色度学 2.视敏角视敏角当与人眼相隔一定距离的两个黑点靠近到一定程度时，人眼就分辨不出有两个黑点存在，而只感觉到是连在一起的一个点。这种现象表明人眼分辨景物细节的能力是有一定极限的。我们可以用视敏角来定义人眼的分辨力。视敏角即人眼对被观察物体刚能分辨出它上面最紧邻两黑点或两白点的视角。在上图中，L表示人眼与图象之间的距离，d表示能分辨的最紧邻两黑点之间的距离。3.视

19、觉锐度视觉锐度人眼分辨景物细节的能力称为分辨力，又称为视觉锐度。它等于人眼视敏角的倒数，即分辨力4.影响分辨力的因素影响分辨力的因素：从生理上讲，视敏角决定于视网膜相邻光敏细胞间的距离，已加锥状细胞直径d=5mm，眼睛焦距|17mm，所以人眼日间视觉下的视敏角约为视敏角为1的眼，其视力为1.0；2的视力对应于0.5，这与医学上是相对应的影响分辨力的因素有：与物体在视网膜上成象的位置有关，黄斑区锥状细胞密度最大，分辨力最高。越是偏离黄斑区，光敏细胞的分布越稀，分辨力也就低。与照明强度有关。照度太低，仅杆状细胞起作用，分辨力大大下降，且无彩色感；照度太大，分辨力不会增加，甚至由于“眩目”现象而降低

20、。与对比度Cr有关。Cr=(B-B0)/B0100，其中B为物体亮度与背景亮度接近，分辨力自然要降低。与被观察物体运动速度有关。运动速度快，分辨力将要下降。第1章 光度学和色度学 视敏角视敏角(分辨角分辨角)观测点（眼睛所在点）与人眼能分辨的相距最观测点（眼睛所在点）与人眼能分辨的相距最近的两个点所形成的夹角。近的两个点所形成的夹角。正常人的视敏角正常人的视敏角11.5分分人眼的分辨力人眼的分辨力视敏角视敏角的倒数的倒数黑白细节分辨力黑白细节分辨力第1章 光度学和色度学 d/（2D）=/360*60=3438*d/D分辨力与分辨力与观看位置、照明看位置、照明强度、景物相度、景物相对对比度、物体

21、运比度、物体运动速度有关。速度有关。人眼相当于一个低通人眼相当于一个低通滤波器。波器。M条纹条纹DdH第1章 光度学和色度学 人眼彩色视觉的辨色能力人眼彩色视觉的辨色能力总体上，人眼大体能分辨出200多种不同的色调。通过实验，统计上人眼一般能分辨出1520级的饱和度变化人眼彩色细节的分辨力人眼彩色细节的分辨力人眼对彩色细节的分辨力比对黑白细节的分辨力低的多。统计结果表明，人眼的彩色分辨角比黑白分辨角大35倍。因此，在彩色电视系统传输彩色电视信号时，须用较宽的信号带宽（06）MHz传送亮度信息，而可用窄带宽（01.3）MHz或（01.5）MHz传送色度信息。彩色细节分辨力彩色细节分辨力第1章 光

22、度学和色度学 人眼对彩色细节的分辨力远比对黑白细节的分辨力低。彩色电视系统传送彩色图像时，细节部分只传送黑白 图像。大面积着色原理背景颜色背景颜色背景颜色背景颜色白白白白红红红红蓝蓝蓝蓝斑点颜色斑点颜色斑点颜色斑点颜色黑黑黑黑 .绿绿绿绿 .绿绿绿绿 .可分辨的斑可分辨的斑可分辨的斑可分辨的斑点直径点直径点直径点直径1mm1mm2.5mm2.5mm5mm5mm细节色别细节色别细节色别细节色别黑白黑白黑白黑白黑绿黑绿黑绿黑绿黑红黑红黑红黑红黑蓝黑蓝黑蓝黑蓝绿红绿红绿红绿红红蓝红蓝红蓝红蓝绿蓝绿蓝绿蓝绿蓝分辨力分辨力分辨力分辨力100%100%94%94%90%90%26%26%40%40%23%

23、23%19%19%第1章 光度学和色度学 彩色色调分辨力彩色色调分辨力人眼对不同波长的光有不同的色调感觉。人眼能分辨出色调差别的最小波长变化称为色调分 辨阈，色调分辨力与色调分辨阈成反比。色调分辨力随波长变化而改变，480640 nm 区间色光的色调分辨力较高。饱和度变小时，人眼的色调分辨力下降。亮度太大或太小时，人眼的色调分辨力下降。第1章 光度学和色度学 l视觉所能分辨的色光所能分辨的色光饱和度由和度由100%到到0变化的等化的等级数数称称为彩色彩色饱和度分辨力和度分辨力。l彩色彩色饱和度分辨力随波和度分辨力随波长变化而改化而改变。数。数值在在425之之间。红色、色、蓝色区域色区域饱和度分

24、辨力和度分辨力较高。高。彩色饱和度分辨力彩色饱和度分辨力第1章 光度学和色度学 第1章 光度学和色度学 第1章 光度学和色度学 第1章 光度学和色度学 第1章 光度学和色度学 视觉惰性是人眼看重要特性之一，它描述了主观亮度与光作用时间的关系。当一定强度的光突然作用于视网膜时，人眼并不能立即产生稳定的亮度感觉，而须经过一个短暂的变化过程才能达到稳定的亮度感觉。在过渡过程中，亮度感觉先随时间变化由小到大，达到最大值后，再回降到稳定的亮度感觉值，右图示出在不同亮度下亮度感觉随时间的变化过程。三、视觉惰性三、视觉惰性第1章 光度学和色度学 另外，当作用于人眼的光线突然消失后，亮度感觉并非立即消失，亮度

25、感觉并非立即消失，而是近似按指数规律下降而逐渐消失的。右图示出人眼对于较短时间的光脉冲B0的亮度感觉S变化的情况。当光线消失后的视觉残留现象称为视觉暂留或视觉残留。人眼视觉暂觉留时间，在日间视觉时约为0.02秒，中介视觉时为0.1秒，夜间视觉时为0.2秒，中介视觉是介于日视觉与夜视觉之间的状态。人眼亮度感觉变化滞后于实际亮度变化，以及视觉暂留特性，总称为视觉惰性。视觉暂留时间在0.020.2秒第1章 光度学和色度学 3 色度学基础色度学基础第1章 光度学和色度学 一、彩色三要素一、彩色三要素对于彩色光通常可由亮度、色调和色饱和度三个物理量来描述,这三个量常被称为彩色三要素。亮度亮度：是指彩色光

26、作用于人眼引起的明暗程度的感觉。亮度是指色光的明暗程度，它与色光所含的能量有关。对于彩色光而言，彩色光的亮度正比于它的光通量（光功率）。对物体而言，物体各点的亮度正比于该点反射（或透射）色光的光通量大小。一般地说，照射光源功率越大，物体反射（或透射）的能力越强，则物体越亮；反之，越暗。第1章 光度学和色度学 色调色调：指彩色光的颜色类别。通常所说的不同波长的光在视觉上呈现不同的颜色，实际上就是指其色调不一致。色调:指颜色的类别，通常所说的红色，绿色，蓝色等，就是指色调。光源的色调由其光谱分布决定；物体的色调由照射光源的光谱和物体本身反射特性或者透射特性决定，例如蓝布在日光照射下，只反射蓝光而吸

27、收其它成分。如果分别在红光，黄光或绿光的照射下，它会呈现黑色。红玻璃在日光照射下，只透射红光，所以是红色。第1章 光度学和色度学 饱和度饱和度：是指颜色的深浅程度，即颜色的浓度。一种颜色，可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光谱色所占的比例愈大，颜色接近光谱色的程度愈高，颜色的饱和度也就愈高，颜色深而艳。当白光成份为0，饱和度达到最大。特殊的，各种单色光饱和度最高，单色光中掺入的白光愈多，饱和度愈低，白光占绝大部分时，饱和度接近于零，白光的饱和度等于零。白色光的光谱色成份为0，饱和度为0。色调和饱和度合称为色度。色度即说明彩色光颜色的类别，又说明了彩色的深浅程度。在彩色电视系统中，所谓传

28、输彩色图像，实际上是传输图像像素的亮度和饱和度。第1章 光度学和色度学 二、三基色原理 由色度学的知识可知，不同波长的单色光会引起不同的彩色感觉，但相同的彩色感觉却可以来源于不同的光谱组合，而人眼只能体会彩色感觉而不能分辨光谱成份。不同光谱成份的光经混合能引起人有相同的彩色感觉；单色光可以有几种颜色的混合光来等效；几种颜色的混合光也可以由另外几种颜色的混合光来等效；这一现象称为混色。电视技术正是利用了人眼的这个特性。在彩色复现过程中，并不要求恢复原景物的辐射的光谱成份。再进行混色实验时，人们发现只要选取三种不同颜色的单色光按一定比例混合就可以得到自然界中绝大多数彩色，具有这种特性的三个单色光叫

29、基色光，对应的三种颜色称为三基色。由此我们得到一个重要的原理三基色原理。第1章 光度学和色度学 三基色的选取原则：三基色的选取原则：1、三者必须相互独立，也就是说其中任意一个基色不能有其他两个颜色混合配出，这样可以配出较多的彩色；2、自然界中绝大多数彩色都必须能按照三种基色分解；3、混合色的亮度等于各个基色的亮度之和。红、绿、蓝三基色的选取原因：红、绿、蓝三基色的选取原因：第1章 光度学和色度学 3.混色方法把三基色按照不同的混合获得彩色的方法称为混色法。混色法有相加混色和相减混色之分。彩色电视系统中使用的是相加混色法。印刷、美术等行业使用的是相减混色法。相加混色现在一般采用色光混色相加混色现

30、在一般采用色光混色以前还有转盘混色。色光混色是将三束圆形截面的红、绿、蓝单色光同时投影到屏幕上，呈现一幅品字形三基色圆图。由图可见由图可见:红光红光+绿光绿光=黄光黄光红红光光+蓝蓝光光=紫紫光光(品品光光)绿光绿光+蓝光蓝光=青光青光 红光红光+绿光绿光+蓝光蓝光=白光白光 第1章 光度学和色度学 以上各光即均是按照基色光等量相加的结果；若改变它们之间的混合比例，经相加可获得各种颜色的彩色光。第1章 光度学和色度学 实现相加混色还有如下几种方法:(1)空间混色法。(2)时间混色法。1853年格拉斯曼（H.Grasman）教授总结也下列相加混色定律：1.补色律：自然界任一颜色都有其补色，它与它

31、的补色按一定比例混合，可以得到白色或灰色。2.中间律：两个非补色相混合，便产生中间色。其色调决定于两个颜色的相对数量，其饱和度决定于二者在颜色顺序上的远近。3.代替律：相似色混合仍相似，不管它们的光谱成分是否相同。4.亮度相加律：混合色光的亮度等于各分色光的亮度之和。第1章 光度学和色度学 如图所示的颜色环，可以比较直观地表达各如图所示的颜色环，可以比较直观地表达各种颜色的混合规律。种颜色的混合规律。按顺序把饱和度最高的谱色光和紫红色相连围成一个近似的圆环，每一颜色都在圆环上或环内占有一确定位置。白色位于圆心，颜色饱和度愈低，愈靠近圆心。颜色环圆心对边的任何两种颜色都是互补色，按适当比例混合是

32、得到白色或灰色，例如，黄色与蓝色，红色与青色，绿色与品红色。颜色环上任何两种非补色相混合，可产生中间色，它的位置在此两色的连线上。中间色的色调决定于两颜色的比例多少，并按重力中心定律偏向比重大的一色；中间色的饱和度决定于两色在颜色环的距离，二者距离愈近，饱和度越大，反之越小。互补色在色环上的距离被认为是最远。第1章 光度学和色度学 颜料的混色：颜料的混色：又称明度减少混合指不能发光，却能将照来的光吸掉一部分，将剩下的光反射出去的色料的混合。色料不同，吸收色光的波长与亮度的能力也不同。色料混合之后形成的新色料，一般都能增强吸光的能力，削弱反光的亮度。在投照光不变的条件下，新色料的反光能力低于混合

33、前的色料的反光能力的平均数，因此，新色料的明度降低了，纯度也降低了，所以称为减光混合。三元色：三元色：是品红（不含黄色的红），柠檬黄和青（绝对不含黄和红色，如天光蓝，不是普蓝和群青，也不是酞青蓝）。思考题：所有橡皮泥的混合色？思考题：所有橡皮泥的混合色？第1章 光度学和色度学 三、彩色的度量和表示方法三、彩色的度量和表示方法为了准确的对颜色进行计算，CIE规定其波长各为：标准红基色的波长选为700nm，标准绿基色光选为546.1nm，标准蓝基色光为435.8nm。由于这三种基色光可以用物理手段产生出来，因此通常称为物理三基色，它们是色度学计量中最基本的一套三基色第1章 光度学和色度学 CIE还

34、规定当各以1个单位的上述红、绿、蓝三基色光混合时，恰能产生出等能白（即E白）光，这时的红、绿、蓝的单位量称为基色量或基色单位，并用符号（R）、（G）、（B）标记。这样，任意一种彩色光F可用下式表示：F=R(R)+G(G)+B(B)式中R、G、是基色量（R）、（G）、（B）的混配系数，称为三色系数或三刺激值。第1章 光度学和色度学 一定的R、G、B值可确定一定的颜色，包括亮度、色调和色饱和度。而R(R)、G(G)、B(B)称为F色光的三基色分量（简称三色分量）。若某一待混配色，经试验确定为1、2、4份红、绿、蓝基色混合而成时，则可写成：F1=1(R)+2(G)+4(B)另一待混配色由1.2、2.

35、4、5.3份的红、绿、蓝混配而成，则：F2=1.2(R)+2.4(G)+5.3(B)上式中的是表示人眼视觉上的颜色相等。第1章 光度学和色度学 假若色光F1和F2的三色分量如下两式：F1R1(R)+G1(G)+B(B)；F2R2(R)+G2(G)+B2(B)则两色光相加混合，为：FF1F2R1(R)+G1(G)+B1(B)R2(R)+G2(G)+B2(B)（R1R2)(R)（G1+G2)(G)（B1+B2)(B)即F1F2混合光的三色系数是F1、F2各基色系数之和。第1章 光度学和色度学 1.用物理三基色(R)、(G)、(B)和规定的基色量R、G、B建立的一套计色系统，称为（RGB）计色系统。

36、用它可以对一切颜色进行计量。2.基色量单位值的确定基色量单位值的确定根据实验，规定：红基色光（R）波长为700nm,绿基色光（G）波长为546.1nm,蓝基色光（B）波长为435.8nm。且用1光瓦红基色光、4.5907光瓦绿基色光和0.0601光瓦蓝基色光混合可得到等能白光E白，该E白的光通量是：1+4.5907+0.0601=5.6508光瓦。据此三基色各用一个单位量混合时能得出等能白光，规定为物理基色量的单位值，即：1（R)1光瓦，1（G)4.5907光瓦，1（B)=0.0601光瓦。第1章 光度学和色度学 配色实验示意图配色实验示意图 第1章 光度学和色度学 对于等能白光,R=G=B=

37、1,即FE白=1(R)+1(G)+1(B)其光通量为FE白=11+14.5907+10.0601=5.6508lm这个配色方程式,适合于配制一切彩色，只不过对于不同彩色三色系数不同而已。第1章 光度学和色度学 计色制及色度图(1)RGB计色制及其色度图以(R)、(G)、(B)为单位量，用配色方程进行彩色量度和计算的系统称为RGB计色制。实际中，彩色的质的区别决定于色调和饱和度，即色度。色度与三基色系数的比例有关。为此，引入三基色相对系数r、g、b。第1章 光度学和色度学 令令m=R+G+B，则，则r、g、b分别为分别为第1章 光度学和色度学 因为R、G、B三个色系数的比例关系与r、g、b的比例

38、关系相同，所以它们都可以表示同一彩色的色度，且由于r、g、b三者之和为1，所以只要知道其中两个的值，就可由公式式确定第三个的值。因此，只要选两个三基色相对系数，就可用二维坐标表示各种彩色光的色度。RGB色度图就是在rg直角坐标系数中表示各种彩色光色度的平面图,如图下所示。(110)第1章 光度学和色度学 第1章 光度学和色度学 第1章 光度学和色度学 但是，在配色实验室，对于某些饱和度很高的色光，无论用怎样的比例关系，均不能用三基色相加配出，而必须把一个或两个基色光移动到待配彩色一侧，才能使白屏幕两侧有同一色感。被移动的那个基色光可以看作“负”的基色光或者说色系数为负值。图中的舌形曲线称为谱色

39、轨迹。自然界中所有的彩色都能用整个闭合曲线及其内部的相应点的坐标表示。坐标位置越靠近谱色轨迹，所对应的彩色越纯，即饱和度越高；而越靠近E点，所对应的彩色的饱和度越低。第1章 光度学和色度学(2)XYZ计色制及其色度图由由于于RGB色色度度图图中中有有的的颜颜色色出出现现负负坐坐标标，在在彩彩色色电电视视中中应应用用十十分分的的不不便便，因因此此彩彩色色电电视视奇奇数数中中采采用用了了另另一一种种基基色色系系统统，这这种种计计色色系系统统不不出出现现负系数，它就是负系数，它就是XYZ计色制。计色制。XYZ计计色色制制所所选选的的三三基基色色单单位位量量分分别别为为(X)、(Y)、Z(Z)，它它们

40、们并并不不代代表表实实际际颜颜色色，也也不不能能通通过过物物理理三三基基色色相相混混合合而而得得到到，只只能能由由计计算算得得到到。因因此常称此常称(X)、(Y)、Z(Z)为计算三基色。为计算三基色。第1章 光度学和色度学 计算三基色具有如下特点计算三基色具有如下特点:可可根根据据F=X(X)+Y(Y)+Z(Z)方方程程式式配配出出实实际颜色际颜色,且三个色系数且三个色系数X、Y、Z均不为负。均不为负。规规定定系系数数Y在在数数值值上上等等于于彩彩色色光光的的全全部部亮亮度度,合合成成光光的的色色度度仍仍由由X、Y、Z三三个个系系数数的的比比值值决定。决定。当当X=Y=Z时时,仍代表仍代表E白

41、白。第1章 光度学和色度学 据据以以上上各各点点,可可求求出出两两种种计计色色制制三三基基色色单单位位量及三基色系数之间的对应关系。量及三基色系数之间的对应关系。(X)=0.4185(R)-0.0912(G)+0.0009(B)(Y)=-0.1578(R)+0.2524(G)+0.0025(B)(Z)=-0.0828(R)+0.0157(G)+0.1786(B)X=2.7690R+1.7518G+1.1300B Y=1.0000R+4.5907G+0.0601B Z=0.0000R+0.0565G+5.5943B(111)(112)第1章 光度学和色度学 类似地类似地,这里也引入三基色相对色系

42、数这里也引入三基色相对色系数x、y、z。设设X+Y+Z=m，则，则x，y，z分别为分别为:虽虽然然x+y+z=1，同同样样x，y，z中中只只有有两两个个量量是是独独立立的的，故故可可在在x-y平平面面直直角角坐坐标标系系中中描描绘绘出出XYZ色色度度图图，亦亦称称CIE色度图。色度图。第1章 光度学和色度学 XYZ色度图色度图第1章 光度学和色度学 该色度图具有如下特点该色度图具有如下特点:舌舌形形曲曲线线全全部部位位于于第第一一象象限限，所所有有的的单单色色光光都都位位于于舌舌形形曲曲线线上上，舌舌形形曲曲线线称称为为谱谱色色轨轨迹迹，它它们们的的饱饱和和度度均为均为100%。舌形曲线上任一

43、点与舌形曲线上任一点与E白白点的连线称为等色调线。点的连线称为等色调线。不不在在同同一一等等色色调调线线上上的的任任意意两两点点，表表示示了了两两种种不不同同的的颜颜色色，由由这这两两种种颜颜色色组组成成的的全全部部混混合合色色都都处处在在这这两两点的连线上。点的连线上。饱饱和和度度相相同同的的彩彩色色所所对对应应的的各各点点的的连连线线称称为等饱和度线为等饱和度线,见图中所注。见图中所注。在在谱谱色色曲曲线线内内任任取取三三点点对对应应的的彩彩色色作作基基色色(例例如如，图图中中R1、G1、B1)，则则由由此此三三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

44、为顶顶点点的的三三角角形形内。内。第1章 光度学和色度学 3.亮度方程亮度方程 在在XYZ计计色色制制中中,只只有有Y代代表表亮亮度度,故故可可方方便便地给出彩色亮度与三基色的关系式地给出彩色亮度与三基色的关系式,由式由式可知可知,Y=1.0000R+4.5907G+0.0601B 以以C白白光光为为标标准准白白光光源源的的NTSC制制彩彩色色电电视视制制式式,其亮度方程为其亮度方程为 YN=0.229RN+0.587GN+0.114BN 以以D65光光为为标标准准白白光光源源的的PAL制制彩彩色色电电视视制制式式,其亮度方程式为其亮度方程式为 YP=0.222RP+0.707GP+0.071BP 第1章 光度学和色度学 由由于于NTSC制制彩彩色色电电视视广广播播发发展展较较早早，大大量量的的电电视视设设备备都都是是按按它它涉涉及及的的，所所以以PAL制制采采用用了了NTSC制制的的亮亮度度方方程程。由由于于PAL制制和和NTSC制制的的亮亮度度方方程程不不一一致致，因因此此PAL制制图图像像的的颜颜色色有有一一定定的的失真。失真。为为了了书书写写方方便便,一一般般应应用用中中,略略去去显显像像三三基基色色系数下标系数下标,并被近似地写为并被近似地写为 Y=0.3R+0.59G+0.11B第1章 光度学和色度学