CH1彩色電視色度學基礎1.1光的性質1.可見光P2-7

2.光源與色溫P8-10

1.2視覺特性1.人眼的亮度感覺P12-13

2.人眼的色度視覺P14

3.人眼的分辨力P15-164.視覺惰性P17-18第一頁，共四十六頁。1.3色度學基礎1.彩色三要素P19-21

2.三基色混色原理P22-26

3.彩色的度量P27-37

4.彩色圖像的重現

P38-41

復習思考題

P42-43第二頁，共四十六頁。1.1光的性質1.可見光(1)電磁波的波長與頻率關系

C=λ/f注:C---速度3×105Km/s=3×108m/s

λ---波長m；f---頻率Hz(2)電磁波頻譜1）在電磁波頻率范圍內，按頻率順序排列的電磁波譜線。2）電磁波頻率范圍廣：105～1025Hz第三頁，共四十六頁。3）電磁波頻譜圖1-1電磁波的波譜第四頁，共四十六頁。（3）可見光

屬于一定波長范圍內的電磁波，其波長為380~780nm。

不同的波長的光產生不同顏色，隨波長從長到短變化，呈現的色光依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。

例如：波長為700nm的光呈現在人眼中為紅色；波長為500nm的光引起綠色的感覺，可見光的光譜如圖1-1所示。

注：1m=103mm=106μm=109nm

1nm=10第五頁，共四十六頁。（4）光的合成與分解1）光的分解：

白光（太陽光）經三棱鏡折射后將依次呈現從紅到紫（紅、橙、黃、綠、青、藍、紫）的七種單色光。圖1―2太陽光的棱鏡分解波長愈小，偏轉角愈大。第六頁，共四十六頁。2）光的合成：

自然界的各色光都可由上述七中單色光按一定比例混合而成。2.光源與色溫(1)任何物體都能輻射出一定能量的電磁波---光譜,溫度愈高,輻射出的能量愈大。（2）光源：能自然發光的物體。例如：太陽光屬自然光源，它隨季節、氣候、地點和時間等不同而變化。第七頁，共四十六頁。(3)絕對黑體:指在任何溫度下,能對任意波長光全部

吸收的理想物體。

溫度愈高,它所輻射的光譜中藍色分量越多，紅色分量越少。(4)光源色溫：是以絕對黑體的溫度來定義的，指光源的光譜與某絕對黑體輻射的光譜一致時的絕對黑體的溫度。如：①2800K溫度的白熾燈發出的白光與2854K溫度的絕對黑體所輻射的白光一致，則此時白熾燈的白光的色溫為2854K。

②鹵鎢燈的色溫為3200K。第八頁，共四十六頁。(5)標準光源：

用作光源比較和色度計算標準的白光源。①A光源：色溫為2854K，相當于2800K鎢絲燈所發的光。

②B光源:色溫近似為4800K，相當于中午直射的太陽光。

③C光源:色溫近似為6700K，相當于白天的自然光。④D65光源:色溫為6500K，相當于白天平均照明光。⑤E光源:色溫近似為5500K，是一種為簡化色度計算的理想的等能量的白光源。

第九頁，共四十六頁。圖1―3標準白光源的光譜第十頁，共四十六頁。1.2視覺特性

電視圖像是根據人眼視覺特性以一定的信號形

式實時傳送的活動景物。接收機處理、轉換及重現光像景物攝像機電信號傳輸圖1―4電視圖像傳送第十一頁，共四十六頁。1.人眼的亮度感覺（1）人眼對能量相同而波長不同的可見光有不同的視覺靈敏度，且因人而異。（2）人眼對波長為555nm的草綠色可見光最靈敏，感覺的亮度最大。（3）人眼對可見光光譜范圍之外的輻射光譜無反應，即使能量再大，也沒有亮度感覺。第十二頁，共四十六頁。圖1-5人眼的光譜響應特性第十三頁，共四十六頁。2.人眼的色度視覺

眼睛視網膜上存在許多視覺細胞。（1）人眼視覺細胞組成：分成桿狀細胞和錐狀細胞兩類。

①桿狀細胞：其感光靈敏度較高，但對色彩卻不敏感，低照度時主要靠它辨別明暗；②錐狀細胞：辨色能力(辨別光波波長)強，但感光靈敏度較差，僅在光照較強時才起作用。它又分為紅敏、綠敏、藍敏三種色敏細胞，當接受某種光源的輻射能量刺激后，根據三種量的比例關系不同，就使人產生了不同的色感。第十四頁，共四十六頁。3.人眼的分辨力

是人眼對景物細節的分辨能力。人眼對被觀察物體上能分辨的相鄰最近兩點的視覺的倒數稱為人眼的分辨力或視覺銳度。分辨力=圖1-5人眼的分辨力注：正常視力的人，在中等亮度下觀看靜止圖像時，θ為1～1.5′。第十五頁，共四十六頁。①亮度愈大，分辨力愈高。②人眼對彩色細節的分辨力比對黑白細節的分辨力低。③大面積著色原理：人眼對彩色細節的分辨力遠低于對黑白細節的分辨力，所以在彩色電視系統中傳送彩色圖像時，只傳送黑白圖像細節，而不傳送彩色細節，這樣做可減少色信號的帶寬，接省傳輸通道的帶寬，這就是大面積著色原理的依據。人眼分辨力的特點：第十六頁，共四十六頁。4.視覺惰性當一定強度的光作用于人眼時，需經一定的時間人眼才能感覺；光消失時，人眼亮度感覺并不立即消失，而是按指數規律衰減，這種特性稱為視覺惰性。人眼視覺暫留時間0.1s。（1）閃爍頻率：指頻率較低的周期性光脈沖刺激人眼時產生的一亮一暗的現象。（2）臨界閃爍頻率：指利用人眼視覺惰性不使人眼產生閃爍現象的周期性光脈沖的最小頻率。人眼的臨界閃爍頻率約為46Hz。第十七頁，共四十六頁。視覺惰性的應用圖1-6視覺惰性視覺惰性，是現代電影和電視的基礎。電影：每秒切換24幅(每幅曝光兩次)，給人以較好的連續動感。電視掃描頻率：50Hz或60Hz。第十八頁，共四十六頁。1.3色度學基礎1.彩色三要素

亮度、色調和飽和度稱為彩色三要素，這三個參量可以確切地表示任何一種彩色光。(1)亮度:指光作用于人眼所引起的明亮程度的感覺。①彩色光輻射的功率越大，亮度越高；②不發光物體的亮度取決于它反射光功率的大小。第十九頁，共四十六頁。（2）色調：反映彩色的類別，例如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等不同顏色。

①不同波長的光呈現不同的顏色。

②不發光物體的色調由照明光源和該物體的吸收、反射或透射特性共同決定。

第二十頁，共四十六頁。（3）色飽和度：指顏色的深淺程度或色彩的純度，即摻入白光的程度。①對同一色調的彩光，彩色愈濃，其色飽和度越高；②白光摻入越多，其色飽和度越低。未摻入白光，色飽和度為100%；只有白光，色飽和度為零。飽和度最高稱為純色或飽和色，低于100%的彩色稱為非飽和色。例如：深紅、粉紅是兩種不同飽和度的紅色，深紅色飽和度高，粉紅色飽和度低。

色度:通常把色調與色飽和度通稱為色度。

第二十一頁，共四十六頁。2.三基色混色原理(1)三基色:指紅（R）、綠（G）、藍（B）三種基本色。用這三種基色按一定比例混合可得到自然界中的大多數色彩。

圖1-7混色圖第二十二頁，共四十六頁。(2)三基色混色原理:①自然界中的各種顏色幾乎都可以由三基色按一定比例混合得到；反之，任意一種彩色都可以被分解為三基色。圖1-8

相加配色綠紅藍紅＋綠黃紅＋藍紫綠＋藍青紅＋綠＋藍白

R＋G＋B＝WR＋G＝YG＋B＝青光R＋B＝紫光紅光＋綠光＋藍光＝白光紅光＋綠光＝黃光綠光＋藍光＝青光紅光＋藍光＝紫光第二十三頁，共四十六頁。補色：兩色相加可以得到白光，則稱兩者互為補色（兩色相加相當于紅、綠、藍相混）。黃、藍互為補色（即黃色是藍色的補色，藍色是黃色的補色）；綠、紫互補；紅、青互補。

R＋G＋B＝WY＋B＝WR＋青＝WG＋紫＝W

R＋G＋B＝WR＋G＝Y

G＋B＝青光R＋B＝紫光第二十四頁，共四十六頁。②三個基色的混合比例,決定了混合色的色調和飽和度。

例如：

紅光與綠光混合時，如果紅光比例由小至大變化，將依次產生綠、黃綠、黃、橙、紅等顏色。同理，當紅、綠、藍三基色光以不同比例混合時，將會得到各種較淡的顏色，即飽和度較低的色調，如淡青、淡綠、淡紫、淡紅等等。

③混合色的亮度等于構成該混合色的各個基色的亮度之和。

第二十五頁，共四十六頁。（3）彩色電視機中的相加混色方法①空間混色法(同時制彩電基礎):利用人眼對彩色分辨力低的特點，把彼此相距很近的品字型三基色點看成一點相加合成光。②時間混色法指將三基色輪流投射到屏幕上,只要輪換頻率足夠高,利用人眼視覺惰性,就可得到相加混色效果。第二十六頁，共四十六頁。3.彩色的度量（1）RGB計色制及其色度圖①單位基色：一個紅單位基色---光通量為1lm的紅基色光。一個綠單位基色---光通量為4.5907lm的綠基色光。一個藍單位基色---光通量為0.0601

lm的藍基色光。分別用［R］、［G］、［B］表示。第二十七頁，共四十六頁。②E白光配色方程

從配色實驗證明，E白光的光通量為

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任意一種彩色光的配色方程

FL=R［R］+G［G］+B［B］其中：R、G、B表示三基色的三色系數，其比值決定了待配彩色的色調；［R］、［G］、［B］為一個單位基色；FL為任意一種彩色光的光通量。三基色各分量的光通量之代數和等于該彩色光的光通量。第二十八頁，共四十六頁。圖1―9配色實驗示意圖

第二十九頁，共四十六頁。(2)XYZ計色制及其色度圖XYZ計色制特點:

①可根據FL=X［X］+Y［Y］+Z［Z］方程式配出實際顏色,且三個色系數X、Y、Z均不為負②規定系數Y在數值上等于彩色光的全部亮度,合成光的色度仍由X、Y、Z三個系數的比值決定。③當X=Y=Z時,仍代表E白。第三十頁，共四十六頁。XYZ色度圖：把自然界各種彩色用一個平面坐標圖來表示，同時滿足相應規定。引入三基色相對色系數x、y、z。設X+Y+Z=m,則x、y、z分別為:

顯然三基色相對系數之和為1，即 x+y+z=1這樣，只要知道兩個色度坐標，就可確定彩色光的色度，所以表示各種彩色光的色度圖采用x、y平面坐標描述，而不必用三維坐標。第三十一頁，共四十六頁。圖1-10XYZ色度圖第三十二頁，共四十六頁。選擇C白光作標準時，規定其飽和度為零。舌形曲線內各點彩色的飽和度用該點到C點的距離和C點通過該點到舌形曲線的距離之比的百分數來表示。例如波長為575nm的黃譜色，坐標為x=y=0.5，C白光坐標為x=0.310，y=0.316。如將C點與該黃譜色點相連，則連線上所有點都是同一色調，即575nm的波長是該連線上各非譜色的主波長。連線上各點的飽和度越靠近C點時越低。舌形曲線內各彩色光的y坐標值愈高，色彩愈明亮愈低則愈暗。

第三十三頁，共四十六頁。XYZ色度圖特點XYZ色度圖即舌形圖，又稱譜色軌跡。舌形曲線全部位于第一象限,所有譜色(單色)都位于舌形曲線上，是從波長400nm的藍色到波長700nm的紅色的譜色軌跡。舌形曲線上任一點與E白點的連線稱為等色調線。E點坐標是x=y=z=1/3時的等能量白光，E點附近小范圍內為A、B、C及D65等白光。飽和度相同的彩色所對應的各點的連線稱為等飽和度線,舌形曲線上彩色最濃，其飽合度為100%，越接近白光區，顏色越淺。第三十四頁，共四十六頁。XYZ色度圖特點舌形曲線底部兩端點的連線，表示藍色和紅色相混而獲得紫色和紫紅色的分布，它不屬于譜色。任意兩種不同顏色組成的全部混合色都處在相應兩點的連線上。自然界中各種實際彩色都位于舌形曲線內，舌形曲線之外各點是實際上不存在的彩色。連接［R］、［G］、［B］三點的虛線三角形，表示由物理三基色相加混色所能配出的彩色范圍。第三十五頁，共四十六頁。4.彩色圖像的重現

(1)彩色圖像的重現攝像機將景物的三基色的色度值攝取下來，彩色電視機按一定比例將三基色相加混色恢復原景物圖像，即彩色圖像重現。①亮度重現②色度重現第三十六頁，共四十六頁。(2)顯像三基色重現景物的色彩，通常是依靠彩色顯像管屏幕上的紅、綠、藍三種熒光粉在電子束轟擊下發出各自的基色光，并混合成彩色圖像的。這三種基色稱為顯像三基色，它不同于物理三基色。不同熒光粉物質所呈現的色度、亮度各不相同。彩色顯像管的熒光粉涂屏方式：①將R、G、B三基色熒光粉涂成品字形②將R、G、B三基色熒光粉涂成三個垂直細條第三十七頁，共四十六頁。圖3-5彩色電視重現的色度范圍第三十八頁，共四十六頁。（3）熒光粉的選擇原則①亮度高②復現色域范圍大PAL制三角形色域略小于NTSC制色域，但PAL制顯像三基色熒光粉發光效率要高一些，所以配出的彩色比較鮮艷。第三十九頁，共四十六頁。（4）亮度方程①NTSC制（NTSC制顯像三基色熒光粉、C白光為標準白光源）亮度方程為：Y=0.299R+0.587G+0.114B②PAL制（PAL制顯像三基色熒光粉、D65光源白光為標準白光源）亮度方程為：Y=0.222R+0.707G+0.071因NTSC制使用較早，目前彩色電視中，PAL制沿用了NTSC制的亮度方程。亮度方程通常近似寫成：Y=0.30R+0.59G+0.11B

第四十頁，共四十六頁。亮度方程物理意義：表明顯像三基色與合成彩色光亮度間關系（Y=0.30R+0.59G+0.11B）

①Y：亮度②R、G、B：一個單位三基色；③0.30、0.59、0.11：可見度系數，代表R、G、B三種基色對亮度所起的作用。一個單位亮度的白光當中，紅基色對白光亮度的貢獻為30%，綠基色對白光亮度的作用為59%，藍基色對白光亮度的貢獻為11%。④R=G=B=1時，為白光；當R、G、B取不同的值，可以配出各種不同的顏色，以及飽和度不同但色調不變的顏色。第四十一頁，共四十六頁。復習思考題

3.1彩色光有哪幾個基本參量它們是如何定義的?3.2何謂三基色原理彩色電視所用相加混色方式有哪幾種?為什么彩色電視用相加混色法而不用相減混色法?3.3相加混色和相減混色有何區別?舉例說明。3.4人眼所看到的物體顏色與哪些因素有關當標準白光源照射某物體時，人眼看到它呈黃色，若改用藍光源照射時，它呈何色?第四十二頁，共四十六頁。復習思考題3.5試比較譜色、非譜色基色、補