4第四章 数码镜头设计原理_基础篇(光谱与亮度)

第29页共22页章节内容第30页共22页数码镜头设计原理_基础篇第四章光谱与亮度第一节感色问题1国家标准下面是国标中关于照象镜头彩色还原性计算部分的摘抄：第31页共22页第32页共22页第33页共22页第34页共22页第35页共22页第36页共22页第37页共22页2光学系统显色性的计算（1）算式上面的资料说明了如何用三基色RGB来评价镜头的彩色还原性。但上面纯理论的介召在实际中不便应用。三基色计算最实用的介召在国防工业出版社1985年9月出版的“光学手册”50页。下面说明其计算方法：上面这组公式是计算光谱曲线的色座标，式中：----光源相对光谱辐射功率分布。----标准色度观察者的光谱三刺激值，当观查角度小于4°时，大于4°要查不同的表。可见上式用于计算人眼对观查到的光谱的颜色的色座标。注意：必需用上式颜色的色座标通过下面的计算得到RGB值，然后从色三角形或软件RGB色显示来得到人眼能感到的颜色。第38页共22页（2）实例下面是用上公式组编的程序对12层红膜进行工艺色观查时的程序，以及该程序的运行结果：这是计算膜层在镀各层时的RGB座标的程序：这是根据镀制膜的各层产生的RGB色座标文件，进行的色显示结果：第39页共22页（3）光学系统显色性计算设物体镜过光学系统透射到CCD上，再由电路经过白平衡由显示屏显示，则该系统由光源调制的相对光谱能量算式如下：K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*S（λ）式中：K1---光源光谱能量分布K2---膜层透过率光谱能量分布K3---玻璃透过率光谱能量分布K4---CCD光谱敏感度分布K5---电路白平衡光谱修正分布K6---显示屏光谱显色分布K7---人眼光谱灵敏度曲线为了能更好的理解上式，其物理意义阐述如下：K1是光源光谱的辐射功率，后续的各K2*K3*。。。*K6值的连乘积可看作对光源光谱辐射的总透过率，S（λ）是光源对波长的光谱辐射密度，用它乘前面的积，就是光源在单位波长上到达人眼的光谱辐射功率。这就是物理意义。有了值，将其乘人眼的光谱三刺激值：、、，就可以得到人眼与色相关的光源光谱辐射对波长的密度。若将其乘光源某处的微小波长间隔，就得到波长片对应的人眼感受到的三刺激值对应的光源光谱辐射片，所有波长的光源光谱辐射片累加，在人眼就获得三刺激值相关的色座标X，Y，Z。然后将其归一化得到决定颜色在色度三角形的色点的归化色座标：、、。同时可计算出在各类软件中显色语句必需有的RGB值。以上是色度学中显色理论的基本思路。3人眼的光谱特性人眼的光谱灵敏度就是上式中的K7，人眼对各色光的敏感度可见下表（以λ＝555nm的人眼灵敏度为1，人眼对其它色光敏感度与它相比得到的表）：第40页共22页4CCD的光谱特性在前面的第一章曾价召过CCD的光谱灵敏度曲线如下图。在图中可见其近红外透过率比人眼高较多。为了使光学系统的显色性与人眼接近，要在数码镜头后加CCD或CMOS红外滤光片，使通过滤光镜校色后的的光学系统彩色还原性接近B：G：R=0：5：4第41页共22页5CCD照度响应的计算（1）CCD照度响应曲线在前面的第一章曾价召过CCD的光照度响应曲线如右图。由图可见在100lx光照范围内输出的光敏电压与光照度成正比。域值照度小于1lx，饱和光照为1000lx。（2）光学系统CCD上的照度下面推出的公式适用于多种情况下精确计算白光CCD上的照度：第42页共22页第43页共22页第44页共22页第45页共22页第46页共22页第47页共22页（3）光度学的相关资料第48页共22页第49页共22页以上资料供光学系统象面照度计算时参考。第二节色校正1镜头镀膜问题当接受器是胶片时，镜头镀膜应校验彩色还原性。或对镀出的膜的反射色有要求时，膜层设计完后最好计算光学系统的RGB值是否超，计算方法前面已介召了。但由于计算工作量大，且有时需事先查看膜的颜色，这些都需要在程序上完成。如果膜层设计完后要求达到样品色，则应先测出膜层的RGB值，然后膜层设计时用RGB的测量值作为目标值来设计。2滤色片由前面CCD的光谱灵敏度曲线可见，由于CCD和CMOS对红外敏感度高，它们受光照对R（红）感生的光电流大，则产生的颜色的数字信号中，R比例就偏大，使图象偏红，为此需用低通截止滤光片当住可见光外的红外部分通过。该滤光片在透射光中应显淡的黄绿色，反射光中应显淡红色（这个颜色标准可用于挑选白光用的数码镜头的低通截止滤光片）。第50页共22页3电路校色在数码相机的电路有白平衡功能，白平衡是通过电路的方法调整图象的RGB比例，从而达到调整图象颜色的目的。多数电路是单一调整R或G或B的比例，因此调色是不完整的。这就要求CCD前方的光学系统本身有较好的彩色还原性，而电路的白平衡只能作为调色的辅助手段。第三节CCD与CMOS滤色片1可见光与其它要求色光的CCD滤色片数码镜头从色的使用环境差异上，有：彩色数码镜头（滤色片为镀红外截止膜），黑白镜头多数不用滤色片，可见红外两用镜头一般也不用滤色片，红外专用微弱光的场合下，应用红外选通膜，只让工作波段红外通过，这样可减少杂光干扰，红外测量镜头多用此类膜。2CMOS滤色片CMOS的红外敏感度比CCD还高，因此更应注意红外膜类的使用。