CH1彩色电视色度学基础NEW

CH1彩色电视色度学基础1.1光的性质1.可见光P2-72.光源与色温P8-101.2视觉特性1.人眼的亮度感觉P12-132.人眼的色度视觉P143.人眼的分辨力P15-164.视觉惰性P17-181.3色度学基础1.彩色三要素P19-212.三基色混色原理P22-263.彩色的度量P27-374.彩色图像的重现P38-41复习思考题P42-431.1光的性质1.可见光(1)电磁波的波长与频率关系C=λ/f注:C---速度3×105Km/s=3×108m/sλ---波长m；f---频率Hz(2)电磁波频谱1）在电磁波频率范围内，按频率顺序排列的电磁波谱线。2）电磁波频率范围广：105～1025Hz3）电磁波频谱图1-1电磁波的波谱（3）可见光属于一定波长范围内的电磁波，其波长为380~780nm。不同的波长的光产生不同颜色，随波长从长到短变化，呈现的色光依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。例如：波长为700nm的光呈现在人眼中为红色；波长为500nm的光引起绿色的感觉，可见光的光谱如图1-1所示。注：1m=103mm=106µm=109nm1nm=100A（4）光的合成与分解1）光的分解：白光（太阳光）经三棱镜折射后将依次呈现从红到紫（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）的七种单色光。图1―2太阳光的棱镜分解波长愈小，偏转角愈大。2）光的合成：自然界的各色光都可由上述七中单色光按一定比例混合而成。2.光源与色温(1)任何物体都能辐射出一定能量的电磁波---光谱,温度愈高,辐射出的能量愈大。（2）光源：能自然发光的物体。例如：太阳光属自然光源，它随季节、气候、地点和时间等不同而变化。(3)绝对黑体:指在任何温度下,能对任意波长光全部吸收的理想物体。温度愈高,它所辐射的光谱中蓝色分量越多，红色分量越少。(4)光源色温：是以绝对黑体的温度来定义的，指光源的光谱与某绝对黑体辐射的光谱一致时的绝对黑体的温度。如：①2800K温度的白炽灯发出的白光与2854K温度的绝对黑体所辐射的白光一致，则此时白炽灯的白光的色温为2854K。②卤钨灯的色温为3200K。(5)标准光源：用作光源比较和色度计算标准的白光源。①A光源：色温为2854K，相当于2800K钨丝灯所发的光。②B光源:色温近似为4800K，相当于中午直射的太阳光。③C光源:色温近似为6700K，相当于白天的自然光。④D65光源:色温为6500K，相当于白天平均照明光。⑤E光源:色温近似为5500K，是一种为简化色度计算的理想的等能量的白光源。图1―3标准白光源的光谱1.2视觉特性电视图像是根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时传送的活动景物。接收机处理、转换及重现光像景物摄像机电信号传输图1―4电视图像传送1.人眼的亮度感觉（1）人眼对能量相同而波长不同的可见光有不同的视觉灵敏度，且因人而异。（2）人眼对波长为555nm的草绿色可见光最灵敏，感觉的亮度最大。（3）人眼对可见光光谱范围之外的辐射光谱无反应，即使能量再大，也没有亮度感觉。图1-5人眼的光谱响应特性2.人眼的色度视觉眼睛视网膜上存在许多视觉细胞。（1）人眼视觉细胞组成：分成杆状细胞和锥状细胞两类。①杆状细胞：其感光灵敏度较高，但对色彩却不敏感，低照度时主要靠它辨别明暗；②锥状细胞：辨色能力(辨别光波波长)强，但感光灵敏度较差，仅在光照较强时才起作用。它又分为红敏、绿敏、蓝敏三种色敏细胞，当接受某种光源的辐射能量刺激后，根据三种量的比例关系不同，就使人产生了不同的色感。3.人眼的分辨力是人眼对景物细节的分辨能力。人眼对被观察物体上能分辨的相邻最近两点的视觉的倒数称为人眼的分辨力或视觉锐度。Ld1分辨力=2360603438()dLdL图1-5人眼的分辨力注：正常视力的人，在中等亮度下观看静止图像时，θ为1～1.5′。①亮度愈大，分辨力愈高。②人眼对彩色细节的分辨力比对黑白细节的分辨力低。③大面积着色原理：人眼对彩色细节的分辨力远低于对黑白细节的分辨力，所以在彩色电视系统中传送彩色图像时，只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节，这样做可减少色信号的带宽，接省传输通道的带宽，这就是大面积着色原理的依据。人眼分辨力的特点：4.视觉惰性当一定强度的光作用于人眼时，需经一定的时间人眼才能感觉；光消失时，人眼亮度感觉并不立即消失，而是按指数规律衰减，这种特性称为视觉惰性。人眼视觉暂留时间0.1s。（1）闪烁频率：指频率较低的周期性光脉冲刺激人眼时产生的一亮一暗的现象。（2）临界闪烁频率：指利用人眼视觉惰性不使人眼产生闪烁现象的周期性光脉冲的最小频率。人眼的临界闪烁频率约为46Hz。视觉惰性的应用图1-6视觉惰性视觉惰性，是现代电影和电视的基础。电影：每秒切换24幅(每幅曝光两次)，给人以较好的连续动感。电视扫描频率：50Hz或60Hz。1.3色度学基础1.彩色三要素亮度、色调和饱和度称为彩色三要素，这三个参量可以确切地表示任何一种彩色光。(1)亮度:指光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉。①彩色光辐射的功率越大，亮度越高；②不发光物体的亮度取决于它反射光功率的大小。（2）色调：反映彩色的类别，例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色。①不同波长的光呈现不同的颜色。②不发光物体的色调由照明光源和该物体的吸收、反射或透射特性共同决定。（3）色饱和度：指颜色的深浅程度或色彩的纯度，即掺入白光的程度。①对同一色调的彩光，彩色愈浓，其色饱和度越高；②白光掺入越多，其色饱和度越低。未掺入白光，色饱和度为100%；只有白光，色饱和度为零。饱和度最高称为纯色或饱和色，低于100%的彩色称为非饱和色。例如：深红、粉红是两种不同饱和度的红色，深红色饱和度高，粉红色饱和度低。色度:通常把色调与色饱和度通称为色度。2.三基色混色原理(1)三基色:指红（R）、绿（G）、蓝（B）三种基本色。用这三种基色按一定比例混合可得到自然界中的大多数色彩。图1-7混色图(2)三基色混色原理:①自然界中的各种颜色几乎都可以由三基色按一定比例混合得到；反之，任意一种彩色都可以被分解为三基色。图1-8相加配色绿红蓝红＋绿黄红＋蓝紫绿＋蓝青红＋绿＋蓝白R＋G＋B＝WR＋G＝YG＋B＝青光R＋B＝紫光红光＋绿光＋蓝光＝白光红光＋绿光＝黄光绿光＋蓝光＝青光红光＋蓝光＝紫光补色：两色相加可以得到白光，则称两者互为补色（两色相加相当于红、绿、蓝相混）。黄、蓝互为补色（即黄色是蓝色的补色，蓝色是黄色的补色）；绿、紫互补；红、青互补。R＋G＋B＝WY＋B＝WR＋青＝WG＋紫＝WR＋G＋B＝WR＋G＝YG＋B＝青光R＋B＝紫光②三个基色的混合比例,决定了混合色的色调和饱和度。例如：红光与绿光混合时，如果红光比例由小至大变化，将依次产生绿、黄绿、黄、橙、红等颜色。同理，当红、绿、蓝三基色光以不同比例混合时，将会得到各种较淡的颜色，即饱和度较低的色调，如淡青、淡绿、淡紫、淡红等等。③混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。（3）彩色电视机中的相加混色方法①空间混色法(同时制彩电基础):利用人眼对彩色分辨力低的特点，把彼此相距很近的品字型三基色点看成一点相加合成光。②时间混色法指将三基色轮流投射到屏幕上,只要轮换频率足够高,利用人眼视觉惰性,就可得到相加混色效果。3.彩色的度量（1）RGB计色制及其色度图①单位基色：一个红单位基色---光通量为1lm的红基色光。一个绿单位基色---光通量为4.5907lm的绿基色光。一个蓝单位基色---光通量为0.0601lm的蓝基色光。分别用［R］、［G］、［B］表示。②E白光配色方程从配色实验证明，E白光的光通量为FLE=1［R］+1［G］+1［B］=1×1+1×4.5907+1×0.0601=5.6508lm等量的三基色可配成白色，即一份［Ｒ］、一份［G］和一份［B］配出1份E白光。③任意一种彩色光的配色方程FL=R［R］+G［G］+B［B］其中：R、G、B表示三基色的三色系数，其比值决定了待配彩色的色调；［R］、［G］、［B］为一个单位基色；FL为任意一种彩色光的光通量。三基色各分量的光通量之代数和等于该彩色光的光通量。图1―9配色实验示意图(2)XYZ计色制及其色度图XYZ计色制特点:①可根据FL=X［X］+Y［Y］+Z［Z］方程式配出实际颜色,且三个色系数X、Y、Z均不为负②规定系数Y在数值上等于彩色光的全部亮度,合成光的色度仍由X、Y、Z三个系数的比值决定。③当X=Y=Z时,仍代表E白。XYZ色度图：把自然界各种彩色用一个平面坐标图来表示，同时满足相应规定。引入三基色相对色系数x、y、z。设X+Y+Z=m,则x、y、z分别为:mZzmYymXx,,显然三基色相对系数之和为1，即x+y+z=1这样，只要知道两个色度坐标，就可确定彩色光的色度，所以表示各种彩色光的色度图采用x、y平面坐标描述，而不必用三维坐标。图1-10XYZ色度图选择C白光作标准时，规定其饱和度为零。舌形曲线内各点彩色的饱和度用该点到C点的距离和C点通过该点到舌形曲线的距离之比的百分数来表示。例如波长为575nm的黄谱色，坐标为x=y=0.5，C白光坐标为x=0.310，y=0.316。如将C点与该黄谱色点相连，则连线上所有点都是同一色调，即575nm的波长是该连线上各非谱色的主波长。连线上各点的饱和度越靠近C点时越低。舌形曲线内各彩色光的y坐标值愈高，色彩愈明亮愈低则愈暗。XYZ色度图特点XYZ色度图即舌形图，又称谱色轨迹。舌形曲线全部位于第一象限,所有谱色(单色)都位于舌形曲线上，是从波长400nm的蓝色到波长700nm的红色的谱色轨迹。舌形曲线上任一点与E白点的连线称为等色调线。E点坐标是x=y=z=1/3时的等能量白光，E点附近小范围内为A、B、C及D65等白光。饱和度相同的彩色所对应的各点的连线称为等饱和度线,舌形曲线上彩色最浓，其饱合度为100%，越接近白光区，颜色越浅。XYZ色度图特点舌形曲线底部两端点的连线，表示蓝色和红色相混而获得紫色和紫红色的分布，它不属于谱色。任意两种不同颜色组成的全部混合色都处在相应两点的连线上。自然界中各种实际彩色都位于舌形曲线内，舌形曲线之外各点是实际上不存在的彩色。连接［R］、［G］、［B］三点的虚线三角形，表示由物理三基色相加混色所能配出的彩色范围。4.彩色图像的重现(1)彩色图像的重现摄像机将景物的三基色的色度值摄取下来，彩色电视机按一定比例将三基色相加混色恢复原景物图像，即彩色图像重现。①亮度重现②色度重现(2)显像三基色重现景物的色彩，通常是依靠彩色显像管屏幕上的红、绿、蓝三种荧光粉在电子束轰击下发出各自的基色光，并混合成彩色图像的。这三种基色称为显像三基色，它不同于物理三基色。不同荧光粉物质所呈现的色度、亮度各不相同。彩色显像管的荧光粉涂屏方式：①将R、G、B三基色荧光粉涂成品字形②将R、G、B三基色荧光粉涂成三个垂直细条图3-5彩色电视重现的色度范围（3）荧光粉的选择原则①亮度高②复现色域范围大PAL制三角形色域略小于NTSC制色域，但PAL制显像三基色荧光粉发光效率要高一些，所以配出的彩色比较鲜艳。（4）亮度方程①NTSC制（NTSC制显像三基色荧光粉、C白光为标准白光源）亮度方程为：Y=0.299R+0.587G+0.114B②PAL制（PAL制显像三基色荧光粉、D65光Y=0.222R+0.707G+0.071因NTSC制使用较早，目前彩色电视中，PAL制沿用了NTSC制的亮度方程。亮度方程通常近似写成：Y=0.30R+0.59G+0.11B亮度方程物理意义：表明显像三基色与合成彩色光亮度间关系（Y=0.30R+0.59G+0.11B）①Y：亮度②R、G、B：一个单位三基色；③0.30、0.59、0.11：可见度系数，代表R、G、B三种基色对亮度所起的作用。一个单位亮度的白光当中，红基色对白光亮度的贡献为30%，绿基色对白光亮度的作用为59%，蓝基色对白光亮度的贡献为11%。④R=G=B=1时，为白光；当R、G、B取不同的值，可以配