(19)--FPD_Chapter-2平板显示技术平板显示技术.ppt

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1、Flat Panel DisplaysFlat Panel Displays平板显示技术平板显示技术平板显示技术平板显示技术光度学和色度学基础光度学和色度学基础The 5 Elements of a Great Picture1.Startling Brightness:Brilliant and exciting images2.Crisp Resolution:Film-like;HDTV;FHD3.Pure Color:Pure white light vivid&saturated colors4.Deep Contrast:Deep black,blazing white CR 20

2、00:15.Wide Bandwidth:No information loss or distortionp对比度：对比度：350:1p亮度：亮度：250cd/m2?p响应时间响应时间 1msp分辨率分辨率 1024*768p灰度级：灰度级：256-1024p可视角度可视角度-170 170p再再现现彩彩色色数数：224,230,236.(1600万万色色，84亿色亿色)40瓦的白炽灯泡的光通量为瓦的白炽灯泡的光通量为340流明（流明（lm）?40瓦的日光灯的光通量为瓦的日光灯的光通量为1100流明（流明（lm）?如何度量显示器件的光学和彩色特性？如何度量显示器件的光学和彩色特性？2024/

3、1/272/44光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础 目目 录录 一、标准光源一、标准光源 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量 三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础 四、测色基础四、测色基础 五、表色体系五、表色体系 六、视频彩色模型六、视频彩色模型2024/1/273/44 一、标准光源一、标准光源光源色温/Kxyz注释A2854/60.44760.40750.1450相当于钨丝灯在2800K时发出的光。B48740.34840.35160.3000接近于正午直射的太阳光。C67740.31010.31620.3737相当于白天的自然光，亦称C白

4、。D5050000.31300.32900.3580出版印刷业中的“纸”白。D6565040.33330.33330.3333相当于白天的平均光照，视频应用中的标准白。E5500 xyz但可见光光谱范围内所有波长的光具有相等辐射功率时所形成的一种白光，是一种假想的等能白光，亦称E白。标准光源标准光源：目的用途？：目的用途？标准光源一般是指白光。标准光源一般是指白光。pB B光源和光源和C C光源可用滤色镜由光源可用滤色镜由A A光源获得。光源获得。pD D6565光光源源接接近近太太阳阳光光的的光光谱谱，可可由由荧荧光光粉粉发发出出的的光光适适当当混混合合得得到到。该该光光源源发发出出的的光光

5、接接近近白白天天的的光光，也也就是接近人们生活环境中的光，因此，在视频显示中通常以此作为就是接近人们生活环境中的光，因此，在视频显示中通常以此作为标准白光标准白光。pE E光源实际上不存在，主要用于色度学中的计算。光源实际上不存在，主要用于色度学中的计算。2024/1/274/44 一、标准光源一、标准光源LEDLED氦氖放电氦氖放电灯灯太阳光太阳光钨丝灯钨丝灯汞弧灯汞弧灯常用物理光源光谱分布常用物理光源光谱分布2024/1/275/44 一、标准光源一、标准光源可见光波长范围可见光波长范围p可见光频谱范围：可见光频谱范围：380nm380nm780nm780nmp自发光物体的颜色由发光物体的

6、光谱功率分布决定自发光物体的颜色由发光物体的光谱功率分布决定p非自发光物体的颜色取决于该物体的光谱反射（透射）特非自发光物体的颜色取决于该物体的光谱反射（透射）特性和照射该物体的光源的相对光谱功率分布性和照射该物体的光源的相对光谱功率分布380nm780nm色温色温当当绝绝对对黑黑体体在在某某一一特特定定绝绝对对温温度度下下，其其辐辐射射的的光光谱谱与与某某一一光光源源的的光光谱谱具具有有相相同的特性，则绝对黑体的这一特定温度定义为该光源的同的特性，则绝对黑体的这一特定温度定义为该光源的色温色温，单位为，单位为K K。p色温并非光源本身的实际温度，而是用来表征其光谱特性的参量。色温并非光源本身

7、的实际温度，而是用来表征其光谱特性的参量。p色温较低颜色偏红，色温较高颜色偏蓝。色温较低颜色偏红，色温较高颜色偏蓝。p在显示技术领域，人们关心的是在显示技术领域，人们关心的是白场色温白场色温。2024/1/276/44光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础 目目 录录 一、标准光源一、标准光源一、标准光源一、标准光源 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量 三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础 四、测色基础四、测色基础四、测色基础四、测色基础 五、表色体系五、表色体系五、表色

8、体系五、表色体系 六、视频彩色模型六、视频彩色模型六、视频彩色模型六、视频彩色模型2024/1/277/44 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量显色指数（显色指数（CRI）-评价评价2024/1/278/44 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量显色指数（显色指数（CRI）-评价评价Color Differencexy0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.00.10.20.30.40.50.60.70.80.9470475480485490495500505510515520525530535540545550555560565570575580585590595

9、600610620640700CIE 1931 x,y Chromaticity DiagramSeries1452000 K3000 K5000 10000 K20000 K2024/1/279/44 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量辐射能辐射能Qe：以电磁波的形式发射、传播、或接收的能量。焦耳以电磁波的形式发射、传播、或接收的能量。焦耳辐射通量辐射通量ee：又称辐射功率又称辐射功率Pe，即：单位时间的辐射能。瓦，焦耳，即：单位时间的辐射能。瓦，焦耳/秒。秒。辐辐射射强强度度Ie：点点辐辐射射源源在在给给定定方方向向上上单单位位立立体体角角内内的的辐辐射射通通量量。瓦瓦/球球面面度度

10、。Ie=de/de/d。如如果果在在所所有有方向上辐射强度都相同，则：方向上辐射强度都相同，则：e=Ie,e=Ie,在空间所有方向上的辐射通量为在空间所有方向上的辐射通量为4Ie。辐射量辐射量辐射能辐射能Qe（J）辐通量辐通量e（W）辐出度辐出度Me（W m-2）辐射强度辐射强度Ie（W sr-1）辐射亮度辐射亮度（W sr-1 m-2）辐射照度辐射照度（W m-2）p大多数光源向空间各方向的辐射强度是不均匀的。辐射强度描述大多数光源向空间各方向的辐射强度是不均匀的。辐射强度描述了光源在空间某个方向上发射辐射通量的大小和分布。了光源在空间某个方向上发射辐射通量的大小和分布。zxydAdS rp

11、立体角立体角:以锥体的基点为球心作一球表面，锥体在球表面上所截取部以锥体的基点为球心作一球表面，锥体在球表面上所截取部分的表面积分的表面积 dS和球半径和球半径r平方之比平方之比。2024/1/2710/44 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量辐射出射度Me：辐射源单位面积所辐射的能量，也称为辐射本领。Me=de/dS，W/m2。辐射亮度Le：辐射源一点处的面源在给定方向上的单位立体角、单位投影面积内发出的辐射通量，即：辐射表面定向发射的辐射强度，它决定单位面积的辐射表面所发射的通量的空间分布。辐射照度(E）：辐射照度Ee：用于评定辐射体对装置的作用。表示投射在单位面积上的辐射通量。Ee

12、=de/dA，单位：W/m2。p 在在辐辐射射表表面面dSdS的的法法线线成成角角的的方方向向上上，辐辐射射亮亮度度等等于于该该方方向向上上的的辐辐射射强强度度与与辐射表面在该方向垂直面上的投影面积之比。辐射表面在该方向垂直面上的投影面积之比。p辐辐照照度度和和辐辐射射出出射射度度具具有有相相同同的的定定义义方方程程和和单单位位，但但却却分分别别用用来来描描述述微微面面元元接接收和发射辐射通量的特性。收和发射辐射通量的特性。p辐辐亮亮度度在在光光辐辐射射的的传传输输和和测测量量中中具具有有重重要要的的作作用用，是是光光源源微微面面元元在在垂垂直直传传输输方方向辐强度特性的描述向辐强度特性的描述

13、 p辐辐射射亮亮度度描描述述面面光光源源，辐辐射射强强度度描描述述点点光光源源。例例如如对对白白炽炽灯灯，我我们们只只关关注注作作为为点点光光源源的的辐辐射射强强度度，对对于于天天空空辐辐射射特特性性，希希望望知知道道各各个个部部分分的的辐辐射射特特性性，因因此此用辐亮度。用辐亮度。d辐射量辐射量辐射能辐射能Qe（J）辐通量辐通量e（W）辐出度辐出度Me（W m-2）辐射强度辐射强度Ie（W sr-1）辐射亮度辐射亮度（W sr-1 m-2）辐射照度辐射照度（W m-2）2024/1/2711/44 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量光照度光照度光照度光照度（lxlx）光量光量光量光量（

14、lm slm s）光通量光通量光通量光通量（lmlm）光出射度光出射度光出射度光出射度（lm mlm m-2-2）光强度光强度光强度光强度（cdcd）光亮度光亮度光亮度光亮度（W srW sr-1-1 m m-2-2）光度量光度量光通量光通量p对对于于辐辐射射功功率率波波谱谱为为e()的的光光源源（光光量量,辐辐通通量量），总总的的光光通通量量v()（luminous flux）为为各波长成分的光通量之和，即各波长成分的光通量之和，即pp人眼感受到的辐射功率，光通量的单位为人眼感受到的辐射功率，光通量的单位为人眼感受到的辐射功率，光通量的单位为人眼感受到的辐射功率，光通量的单位为流明流明流明流

15、明，用，用，用，用lmlm表示。表示。表示。表示。pp对对对对于于于于=555nm=555nm的的的的单单单单色色色色光光光光，当当当当辐辐辐辐射射射射功功功功率率率率为为为为1W1W时时时时，所所所所产产产产生生生生的的的的光光光光通通通通量量量量为为为为683 683 lmlm，或或或或者者者者称称称称为为为为1 1光光光光瓦瓦瓦瓦，由此可得，由此可得，由此可得，由此可得，K=683 lm/WK=683 lm/W，有时也称为，有时也称为，有时也称为，有时也称为光功当量光功当量光功当量光功当量。pp光通量在时间上累积的值称为光通量在时间上累积的值称为光通量在时间上累积的值称为光通量在时间上累

16、积的值称为光量光量光量光量(e e)，单位为，单位为，单位为，单位为 lmslms。CIE官网官网www.cie.co.at2024/1/2712/44 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量光光光光出出出出射射射射度度度度MMv v（luminous luminous exitanceexitance）定定定定义义义义为为为为单单单单位位位位面面面面积积积积上上上上所所所所发发发发射射射射的的的的光光光光通通通通量量量量，单单单单位位位位为为为为流流流流明明明明/平平平平方方方方米，用米，用米，用米，用lm/mlm/m2 2表示。表示。表示。表示。光出射度光出射度pp在给定方向上，单位立体

17、角内的光通量。在给定方向上，单位立体角内的光通量。在给定方向上，单位立体角内的光通量。在给定方向上，单位立体角内的光通量。pp发发发发光光光光强强强强度度度度具具具具有有有有和和和和辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度类类类类似似似似的的的的特特特特性性性性，如如如如均均均均匀匀匀匀发发发发射射射射的的的的点点点点光源，其总光源，其总光源，其总光源，其总 光通量为光通量为光通量为光通量为4I4I。光强（光强（cdcd）2024/1/2713/44 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量p亮度（亮度（luminance,brightness）定义为单位面积上的发光强度，即：）定义为单位面积上的发光

18、强度，即：p为观察方向与面法线方向之间的夹角。亮度的单位为坎德拉为观察方向与面法线方向之间的夹角。亮度的单位为坎德拉/平方米，用平方米，用cd/m2表示。表示。p对对于于完完全全扩扩散散面面光光源源（均均匀匀发发光光面面），亮亮度度仅仅仅仅与与有有关关，可可设设为为L。当当发发光光面面积积为为A时时，沿沿方方向向的的发光强度为：发光强度为：I=LAcos。p若若L=L=常常数数，且且记记I0=LA，则则有有：I=I0 cos。该该发发光光面面称称为为朗朗伯伯（Lambert）发发射射面面，或或者者均均匀匀漫漫射面、余弦漫射面，上式称为朗伯定律。射面、余弦漫射面，上式称为朗伯定律。p对于朗伯发射

19、面，对对于朗伯发射面，对积分：积分：p对于朗伯发射面，对于朗伯发射面，M=L。朗伯辐射源（余弦辐射源，漫射辐射源）？。朗伯辐射源（余弦辐射源，漫射辐射源）？pp对对对对于于于于发发发发光光光光型型型型显显显显示示示示器器器器件件件件，常常常常用用用用亮亮亮亮度度度度L L。对对对对于于于于投投投投影影影影型型型型显显显显示示示示器器器器件件件件，常常常常用用用用光光光光通通通通量量量量。在在在在朗朗朗朗伯伯伯伯发发发发射射射射面面面面情情情情况况况况下下下下，二二二二者的关系为：者的关系为：者的关系为：者的关系为：（光）亮度（光）亮度2024/1/2714/44 二、光源的评价和度量二、光源的

20、评价和度量p光照度定义为光照度定义为通过通过单位面积上的光通量，单位：单位面积上的光通量，单位：勒克斯勒克斯/lx。1 lx=1 lm/m2。p对对于于发发光光强强度度为为I的的点点光光源源，设设点点光光源源到到受受光光面面的的距距离离为为D，受受光光面面法法线线方方向向与与光光线线之之间间的的夹夹角角为为，则则有有:光照度光照度p对于面积为对于面积为S、亮度为、亮度为L的面光源，当面法线方向与光线的夹角为的面光源，当面法线方向与光线的夹角为时，可得时，可得p对于各向同性的点光源，对于各向同性的点光源，=0，因此，因此，E=I/D2，这就是照度的距离平方反比定律。，这就是照度的距离平方反比定律

21、。p对于显示器件，环境光可用照度来表示，会影响器件的明室对比度。对于显示器件，环境光可用照度来表示，会影响器件的明室对比度。D D2024/1/2715/44光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础 目目 录录 一、标准光源一、标准光源 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量 三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础 四、测色基础四、测色基础 五、表色体系五、表色体系 六、视频彩色模型六、视频彩色模型2024/1/2716/44三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础视网膜上锥体和杆体细胞的分布视网膜上锥体和杆体细胞的分布盲点盲点（耳侧）（耳侧）杆体细胞杆体细

22、胞锥体细胞锥体细胞感知感知亮度亮度感知颜色感知颜色视视神神经经集集中中处处，无无视视觉细胞觉细胞中央凹中央凹色彩感觉和空间色彩感觉和空间分辨能力最强分辨能力最强p视网膜黄斑包括杆体细胞和锥体细胞视网膜黄斑包括杆体细胞和锥体细胞p杆体细胞：对弱光反应灵敏，不能感受颜色杆体细胞：对弱光反应灵敏，不能感受颜色p锥体细胞：能分辨颜色，具有较高的视觉敏感性。可分为三类：锥体细胞：能分辨颜色，具有较高的视觉敏感性。可分为三类：65%65%锥体细胞对红光敏感；锥体细胞对红光敏感；33%33%锥体细胞对绿光敏感；锥体细胞对绿光敏感；2%2%锥体细胞对蓝光敏感锥体细胞对蓝光敏感 不同的锥体细胞频率响应不同不同的

23、锥体细胞频率响应不同 彩色视觉理论：感受到的颜色取决于三基色的值，而不是整个发光光谱。彩色视觉理论：感受到的颜色取决于三基色的值，而不是整个发光光谱。2024/1/2717/44三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础1 1、对光强度大小的感觉亮度响应（灰度等级，对比度）、对光强度大小的感觉亮度响应（灰度等级，对比度）2 2、对空间细节的感觉空间频率响应（分辨率）、对空间细节的感觉空间频率响应（分辨率）3 3、对时间细节的感觉时间频率响应（视觉暂留，闪烁）、对时间细节的感觉时间频率响应（视觉暂留，闪烁）4 4、对不同颜色的感觉彩色响应（各种色彩）、对不同颜色的感觉彩色响应（各种色彩）以上以上4

24、 4种响应是相互独立的，是非线性的，实际响应是一种混合响应。种响应是相互独立的，是非线性的，实际响应是一种混合响应。人眼的视觉响应人眼的视觉响应视觉范围与亮度感觉视觉范围与亮度感觉p对人眼而言，红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞的光谱光效率函数分别为VR()，VG()和VB()。p设某彩色光的辐射功率波谱为e()，对三种光敏细胞来讲，其光通量分别为:2024/1/2718/44三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础p大大脑脑根根据据R，G和和B三三者者的的比比例例决决定定了了总总的的色色度度感感觉觉，三三者合成的总光通量决定了总的亮度感觉。者合成的总光通量决定了总的亮度感觉。p在在背背景景亮亮度度

25、为为L的的情情况况下下，人人眼眼能能分分辨辨的的最最小小亮亮度度差差为为L，称称为为亮亮度度分分辨辨阈阈值值。背背景景亮亮度度L不不同同，L也也会会不不同同。随随着着背背景景亮亮度度L增加，增加，L/L急速变小。急速变小。p人人眼眼对对亮亮度度的的适适应应范范围围相相当当大大。对对于于完完全全暗暗适适应应的的眼眼睛睛，在在任任何何情情况况下下能能够够感感觉觉到到可可见见的的最最小小亮亮度度约约为为0.0001-0.001cd/m2。对对于于完完全全明明适适应应的的眼眼睛睛，在在没没有有造造成成永永久久损损害害的的情情况况下下，能能够够感感觉觉的的最最大大亮亮度度为为10000cd/m2数数量量

26、级级。因因此此，人人眼眼能能够够适适应应的的亮度范围大约为亮度范围大约为107:1。p尽尽管管人人眼眼的的亮亮度度适适应应范范围围达达到到7个个数数量量级级，但但在在任任何何给给定定的的平平均亮度下，人眼的亮度辨别范围是有限的。均亮度下，人眼的亮度辨别范围是有限的。p 在在适适当当的的平平均均亮亮度度下下，人人眼眼的的最最大大亮亮度度辨辨别别范范围围可可达达1000:1,一般约为一般约为100:1。p 当平均亮度很低时，人眼的亮度辨别范围仅为当平均亮度很低时，人眼的亮度辨别范围仅为10:1。p 在在一一定定平平均均亮亮度度下下，低低于于亮亮度度辨辨别别范范围围下下限限时时人人眼眼感感觉觉为为“

27、黑黑”，而高于亮度辨别范围上限时人眼感觉为，而高于亮度辨别范围上限时人眼感觉为“亮亮”。杆体细胞杆体细胞锥体细胞锥体细胞亮度亮度分辨分辨阈值阈值2024/1/2719/44三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础Weber-FechnerWeber-Fechner定律定律设由设由L L的变化所产生的明暗程度的变化为的变化所产生的明暗程度的变化为Q Q，则有，则有定定义义=L/LL/L，称称为为WeberWeber比比。WeberWeber比比越越小小，表明亮度辨别能力越高。表明亮度辨别能力越高。L=L=L L，可得，可得:明暗感觉明暗感觉Q Q与亮度与亮度L L的对数成正比。的对数成正比。值大

28、约为值大约为0.01-0.020.01-0.02。在背景亮度在背景亮度L L的某个适当范围之内，的某个适当范围之内，WeberWeber比为一定值（比为一定值（0.020.02），称为），称为WeberWeber法则。法则。2024/1/2720/44三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础人眼重点关注的对象常常是在与其他对象的对比中被感觉到的。人眼重点关注的对象常常是在与其他对象的对比中被感觉到的。p同时对比同时对比：在同一空间中进行明亮的对比，与背景有关。：在同一空间中进行明亮的对比，与背景有关。p继继时时对对比比：先先看看到到明明亮亮的的或或者者黑黑暗暗的的对对象象，然然后后再再看看到到

29、对对象象的的明明亮亮变变化。与背景、对象明亮差异、大小、位置等因素有关。化。与背景、对象明亮差异、大小、位置等因素有关。p色色彩彩对对比比：但但背背景景有有颜颜色色时时所所产产生生的的对对比比，背背景景色色的的补补色色可可在在对对象象内内被感知。被感知。主观亮度感觉主要由对比度和亮度层次决定，而不是由绝对亮度决定。主观亮度感觉主要由对比度和亮度层次决定，而不是由绝对亮度决定。运运动动会会实实况况转转播播：现现场场亮亮度度：200-20000 200-20000 cd/mcd/m2 2；电电视视亮亮度度：2-200 2-200 cd/mcd/m2 2。亮度层次可用灰度级表示。亮度层次可用灰度级表

30、示。对比度的感觉对比度的感觉MachMach现象现象在在明明暗暗变变化化的的交交界界处处，亮亮度度梯梯度度会会发发生生上上冲冲和和下下冲冲现现象象。MachMach现现象是一种边缘强调效果。象是一种边缘强调效果。2024/1/2721/44三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础视视觉觉锐锐度度：也也称称为为人人眼眼的的分分辨辨力力,人人眼眼对对被被观观察察物物体体上上能能分分辨辨的相邻最近两点的视角的相邻最近两点的视角的倒数。的倒数。D D：人眼与图像之间的距离。：人眼与图像之间的距离。d d：人眼能分辨的相邻最近两点之间的距离。：人眼能分辨的相邻最近两点之间的距离。：人人眼眼对对该该两两点

31、点的的视视角角，也也称称为为分分辨辨角角，单单位位为为弧弧度度分。分。对对于于正正常常视视力力，约约为为1-1.51-1.5弧弧度度分分。上上式式可可用用于于确确定定人人眼眼的的极限分辨率。极限分辨率。(严格讲，还与两点间的亮度和颜色差别有关严格讲，还与两点间的亮度和颜色差别有关)视觉的空间特性视觉的空间特性 D Dd d视觉的时间特性视觉的时间特性恒定光刺激恒定光刺激恒定光刺激恒定光刺激：上升上升上升上升 最大值最大值最大值最大值 下降到正常值下降到正常值下降到正常值下降到正常值脉冲光刺激脉冲光刺激脉冲光刺激脉冲光刺激：缓慢上升缓慢上升缓慢上升缓慢上升 最大值最大值最大值最大值 缓慢下降到零

32、缓慢下降到零缓慢下降到零缓慢下降到零视觉惰性视觉惰性视觉惰性视觉惰性：当当刺刺激激光光消消失失后后，亮亮度度感感觉觉并并不不瞬瞬间间消消失失，而而是是按按近近似指数函数的规律逐渐减小。似指数函数的规律逐渐减小。t tQ QL L3 3L L4 4L L1 1L L2 2t tL L实际亮度实际亮度t t1 1t t2 2t tQ Qt t3 3亮度感觉亮度感觉2024/1/2722/44光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础 目目 录录 一、标准光源一、标准光源 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量 三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础 四、测色基础四

33、、测色基础 五、表色体系五、表色体系 六、视频彩色模型六、视频彩色模型2024/1/2723/44四、测色基础四、测色基础用用基基于于人人们们的的视视觉觉心心里里的的方方法法测测定定颜颜色色，称称为为测测色色；将将测测量量结结果果定定量量地地表示，称为表示，称为表色表色；将表色过程中所采用的一连串体系，称为；将表色过程中所采用的一连串体系，称为表色体系表色体系。根据人们对颜色的感知，表色体系可分为显色体系和混色体系两大类。根据人们对颜色的感知，表色体系可分为显色体系和混色体系两大类。显色体系：显色体系：按照所见颜色对颜色进行分类、整理的表色体系。按照所见颜色对颜色进行分类、整理的表色体系。Mu

34、nsellMunsell表色体系表色体系混混色色体体系系：通通过过光光的的混混色色实实验验，按按照照必必要要的的基基准准色色的的混混合合量量，对对某某种种颜颜色色与与基基准色是否相等作出判断的表色体系。准色是否相等作出判断的表色体系。CIECIE表色体系。表色体系。物体色：物体色：反射光或者让光透过的物体的颜色。反射光或者让光透过的物体的颜色。光源色：光源色：从光源发出的光的颜色。从光源发出的光的颜色。2024/1/2724/44四、测色基础四、测色基础p光亮度光亮度（lightnesslightness）/明度明度(brightness)(brightness)/亮度亮度(luminance

35、)(luminance)光亮度（光亮度（lightnesslightness）：指光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，视觉系统对亮度：指光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，视觉系统对亮度(luminance)(luminance)的感知响应值。的感知响应值。明明度度(brightness)(brightness)：是是视视觉觉系系统统对对可可见见物物体体辐辐射射或或者者发发光光多多少少的的感感知知属属性性。仅仅限限用用于于发发光光体体，该该术术语语用用来来描描述述发发射射表表面或者透射表面。面或者透射表面。亮亮度度(luminance)(luminance)：根根据据国国际际照照明明委委员

36、员会会的的定定义义，亮亮度度是是用用反反映映视视觉觉特特性性的的光光谱谱敏敏感感函函数数加加权权之之后后得得到到的的辐辐射射功功率率(radiant power)(radiant power)，用单位面积上反射或者发射的光的强度表示。，用单位面积上反射或者发射的光的强度表示。p色调色调（huehue）：）：依依照照红红、黄黄、绿绿、蓝蓝等等颜颜色色称称谓谓来来进进行行的的颜颜色色分分类类，亦亦称称色色彩彩。是是指指物物体体反反射射光光或或者者光光源源光光中中占占优优势势波波长长的的光所呈现的颜色感觉。光所呈现的颜色感觉。p色品色品（chromachroma）：）：基基于于颜颜色色的的鲜鲜艳艳饱

37、饱和和程程度度所所进进行行的的分分类类，亦亦称称饱饱和和度度。是是指指彩彩色色光光所所呈呈现现彩彩色色的的深深浅浅程程度度（或或浓浓度度）。掺掺入入白光可冲淡某种彩色光，使其饱和度下降。白光可冲淡某种彩色光，使其饱和度下降。100%100%饱和度的某色光，代表了完全没有混入白光的某种纯色光。饱和度的某色光，代表了完全没有混入白光的某种纯色光。按照这三种属性进行分类的表色体系称为按照这三种属性进行分类的表色体系称为MunsellMunsell表色体系表色体系。颜色的三种基本属性颜色的三种基本属性2024/1/2725/44四、测色基础四、测色基础对对于于任任意意的的色色光光，均均可可以以通通过过

38、三三种种色色刺刺激激光光的的混混合合（混混色色）而而得得到到与与其其完全相同的等色。完全相同的等色。加加法法混混色色（additive additive color color mixturemixture）：当当参参与与混混合合的的光光成成分分增增加加时时，混合后的颜色亮度也随之按加法计算得到增加。混合后的颜色亮度也随之按加法计算得到增加。减减法法混混色色（subtractive subtractive color color mixturemixture）：通通过过滤滤色色器器把把色色素素重重复复进进行行混色的场合，由于滤色器和色素的重合而使光减少。混色的场合，由于滤色器和色素的重合而使光

39、减少。混色混色减法混色加法混色三基色原理三基色原理（1 1）选择三种基色，按不同比例混合可得到各种不同彩色感觉的合成彩色。）选择三种基色，按不同比例混合可得到各种不同彩色感觉的合成彩色。（2 2）三个基色相互独立，其中任一基色不能由其他两个基色混合产生。）三个基色相互独立，其中任一基色不能由其他两个基色混合产生。（3 3）合合成成彩彩色色的的亮亮度度由由三三个个基基色色的的亮亮度度之之和和决决定定，而而色色度度（色色调调和和饱饱和和度度）则则由由三个基色分量的比例决定。三个基色分量的比例决定。等色方程等色方程等色方程等色方程：C=RR+GG+BBC=RR+GG+BBC=RR+GG+BBC=RR

40、+GG+BBR,R,R,R,G,G,G,G,B:B:B:B:三三三三种种种种基基基基础础础础色色色色刺刺刺刺激激激激，亦亦亦亦即即即即三三三三个个个个基基基基色色色色单单单单位位位位。R,R,R,R,G,G,G,G,B:B:B:B:三三三三种种种种刺刺刺刺激激激激值值值值，亦亦亦亦称称称称三基色系数三基色系数三基色系数三基色系数。彩色显示器采用加法混色，同时还利用了如下三种混色方法：彩色显示器采用加法混色，同时还利用了如下三种混色方法：空间混色空间混色：三刺激光在空间靠近，利用人眼的有限空间分辨力。：三刺激光在空间靠近，利用人眼的有限空间分辨力。时间混色时间混色：三刺激光在时间上依次作用，利用

41、人眼的视觉特性。：三刺激光在时间上依次作用，利用人眼的视觉特性。生理混色生理混色：利用左、右眼的视觉特性，可实现立体显示。：利用左、右眼的视觉特性，可实现立体显示。2024/1/2726/44光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础光度学和色度学基础 目目 录录 一、标准光源一、标准光源 二、光源的评价和度量二、光源的评价和度量 三、显示相关视觉基础三、显示相关视觉基础 四、测色基础四、测色基础 五、表色体系五、表色体系 六、视频彩色模型六、视频彩色模型2024/1/2727/44五、表色体系五、表色体系HSV/HSL/HSIHSV/HSL/HSI表色体系表色体系亮度亮度亮度亮度

42、色品色品色品色品色调色调色调色调有时也称有时也称HSIHSI、HSLHSL表色体系：表色体系：HueHue，SaturationSaturation，IntensityIntensity，LightnessLightness HSVHSV表表色色体体系系亦亦称称MunsellMunsell表表色色体体系系。采采用用圆圆柱柱坐坐标标系系，纵纵轴轴为为ValueValue，表表示示亮亮度度变变化化；圆圆周周方方向向为为HueHue，表表示示色色调调变变化化；半半径径方方向向为为SaturationSaturation（或或者者ChromaChroma），表表示示色色品品或或者色彩饱和度的变化。者色

43、彩饱和度的变化。色色调调H H：根根据据红红（R R）、黄黄（Y Y）、绿绿（G G）、蓝蓝（B B）、紫紫（P P）5 5种种基基本本色色彩彩把把圆圆周周分分成成5 5等等份份进进行行均均匀匀配配置置，再再把把5 5种种基基本本色色彩彩之之间间的的色色彩彩，即即YRYR、GYGY、BGBG、PBPB、RPRP分分别别配配置置在在相相应应基基本本色色彩彩的的中间。然后编号把圆周分成中间。然后编号把圆周分成100100等份，用于表示颜色。等份，用于表示颜色。亮亮度度V V：以以无无彩彩色色为为基基准准，从从理理想想黑黑到到理理想想白白，根根据据亮亮度度感感觉觉的的差差别别，将将其其均均分分为为1

44、010等等份份。V V的的含义为：含义为：BrightnessBrightness，LightnessLightness，IntensityIntensity，LuminanceLuminance等，均表示亮度。等，均表示亮度。色色品品S S：对对于于亮亮度度和和色色彩彩相相等等的的颜颜色色组组，通通过过离离开开纵纵轴轴的的距距离离表表示示颜颜色色的的色色品品或或者者饱饱和和度度。色色品品的最大值会随色彩不同而异。的最大值会随色彩不同而异。2024/1/2728/44五、表色体系五、表色体系CIE RGBCIE RGB表色体系表色体系CIE1931 RGB CIE1931 XYZ CIE193

45、1 xyZ CIE1964 CIE1976 UCSJohn Guild William David Wright色匹配函数的确定：色匹配函数的确定：色匹配函数的确定：色匹配函数的确定：p正常色视觉者的平均值（正常色视觉者的平均值（7 71010），），22视场的圆形屏幕：测试色视场的圆形屏幕：测试色 比对比对 色（调整色（调整RGBRGB三色比例后和测试色一样）。三色比例后和测试色一样）。p R R、G G、B B三基色波长：三基色波长：R=700nmR=700nm，G=546.1nmG=546.1nm，B=435.8 nmB=435.8 nmp对于对于E E白光，三个基色单位的光通量之比为：

46、白光，三个基色单位的光通量之比为：1:4.5907:0.06011:4.5907:0.0601p对于色度而言，主要考虑对于色度而言，主要考虑R/G/BR/G/B的比例关系，而不是各自的数值大小。的比例关系，而不是各自的数值大小。C RR+GG+BB546.1438.1nm存在问题：存在问题：色匹配函数出现负值，物理上不能实现色匹配函数出现负值，物理上不能实现;再现颜色的范围减小，不便于工作和理解。再现颜色的范围减小，不便于工作和理解。http:/zh.wikipedia.org/wiki/CIE1931%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%A9%BA%E9%97%B42024/1/272

47、9/44五、表色体系五、表色体系p为为了了从从配配色色方方程程中中消消除除亮亮度度，可可令令m=R+G+B,m=R+G+B,r=R/m,r=R/m,g=G/m,g=G/m,b=B/mb=B/m，显显然然，r+g+b=1,r+g+b=1,m m称为称为色模色模，表示某彩色光所含三基色单位的总量，亦即亮度。，表示某彩色光所含三基色单位的总量，亦即亮度。pr r、g g、b b称称为为色色度度坐坐标标或或者者相相对对色色系系数数。r r、g g、b b三三者者中中可可选选取取2 2个个量量就就可可以以表表示示色色度度，一一般取般取r-gr-g坐标系。坐标系。References:uhttp:/zh.

48、wikipedia.org/wiki/CIE1931%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%A9%BA%E9%97%B4uhttp:/en.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_color_spaceuhttp:/cvrl.ioo.ucl.ac.uk/cmfs.htm Colour Matching Functionsuhttp:/ rgCIE1931 rg2024/1/2730/44五、表色体系五、表色体系为为克克服服1931 1931 CIE CIE RGBRGB系系统统的的缺缺点点，建建立立新新的的色色度度系系统统:1931:1931 CIE CIE XYZXYZ，

49、用新的三原色用新的三原色XYZXYZ代替真实三原色代替真实三原色RGBRGB，并满足：，并满足：所所有有真真实实颜颜色色的的色色品品坐坐标标为为正正值值，即即：光光谱谱轨轨迹迹和和轨轨迹迹以以内内的的颜颜色色色色品品坐坐标都为正。标都为正。尽尽量量使使新新的的三三原原色色靠靠近近真真实实颜颜色色，新新三三角角形形XYZXYZ内内的的假假想想色色最最少少，即即：XYXY直线在直线在540nm-700nm540nm-700nm与光谱轨迹重合，与光谱轨迹重合，YZYZ应与应与504nm504nm靠近。靠近。X X和和Z Z原色的光亮度为原色的光亮度为0 0，仅用，仅用Y Y原色的光通量作为匹配色的光

50、亮度。原色的光通量作为匹配色的光亮度。XYZXYZ单色的选择应使等能白光位于三角形单色的选择应使等能白光位于三角形XYZXYZ的中心。的中心。CIE1931 XYZCIE1931 XYZ新系统特点：新系统特点：曲曲线线波波长长末末端端（700nm700nm780nm780nm）均均为为一一点点，即即：该该波波长长之之间间的的所所有有颜颜色色只只要明度相同，对人眼的感觉就是同一颜色。要明度相同，对人眼的感觉就是同一颜色。540nm540nm780nm780nm是是直直线线，表表明明此此直直线线上上任任何何一一谱谱色色均均可可由由540nm540nm和和780nm780nm的的光光按按比比例例混混