色度学基本知识剖析

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(4)太阳发出的白光中包含了所有的可见 光,若把太阳辐射的一束光投射到棱镜上, 太阳光会经过棱镜分解成一组按红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫顺序排列的连续光 谱。
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图1―23 太阳光的棱镜分解62. 物体的颜色物体的颜色有两种来源： 一是：发光物体所呈现的颜色， 另一种是物体反射或透视的彩色光，物体所
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3. 混色方法
由图可见: 红光+绿光=黄光 红光+蓝光=紫光(品光) 蓝光+绿光=青光 红光+绿光+蓝光=白光
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图1―26 相加混色圆图
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彩色电视系统中使用是相加混色的方法。
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。
(3) 生理混色法。
空间混色和时间混色
呈现的颜色与照射它的光源有关。 不能从看到的颜色来判断光谱的分布，因为
一定的光谱表现为一定的颜色，但同一种 颜色可以由不同的光谱分布而获得。
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3. 色温和标准光源 (1)色温的概念 色温是以绝对黑体的加热温度来定义的。
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绝对黑体：既不反射也不透射完全吸收 入射光的物体，但是当它加温时，将以 电磁波的方式向外辐射能量，其辐射波 谱仅由温度决定。随着温度增加，辐射 能量将增大，其功率谱向短波方向移动，
r,g,b称为相对色系数
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因为R、G、B三个色系数的比例关系与r、g、b 的比例关系相同,所以它们都可以表示同一彩色的 色度,且
rgb R G B 1 mmm
(1―10)
所以只要知道其中两个的值,就可由式(1―10)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r—g直角坐标系数中表示各种彩色光
CIE规定：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
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CIE还规定当各以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。
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返回
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因为， （1 X ),1(Y ),1(Z )可以作为一种色光
用RGB系统中的混色公式表示为：
（1 X ) Rx (R) Gx (G) Bx (B) 即：
（1 X ) mx[rx (R) gx (G) bx (B)] 同理：
（1 Y ) my[ry (R) g y (G) by (B)]
色度的平面图。
前述可知，色度可以用色调、饱和度两个参量表
征，现在用r,g两个参量也可表征，可见颜色色度
的两个参量组是可以互相导出的
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经配色实验得到的R,G,B值并计算出r,g,b值后， 可作出谱色光在r-g中的谱色轨迹。如图
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RGB色度图
坐标原点 r=0、g=0、b=1，是单位蓝基色量1(B) 的坐标点；
色调与色饱和度
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三基色原理
2.三基色
三基色原理告诉我们:
(1)三基色必须是相互独立的,即其中任一种基色 都不能由另外两种基色混合而产生。
(2)自然界中的大多数颜色,都可以用三基色按一 定比例混合得到。
(3)三个基色的混合比例,决定了混合色的色调和 饱和度。
(4)混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色
当绝对黑体在某一特定的温度下，所辐 射的光谱与某光源的光谱具有相同特性 时，则绝对黑体的这一特定温度就定义 为该光源的色温，以K表示。
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(1)色温的概念 色温是以绝对黑体的加热温度来定义的。 各标准白光源的特点如下: A光源:相当于2800K钨丝灯所发的光。是一种能实现
的基准光源 B光源:相当于中午直射的太阳光，色温4800K。 C光源:相当于白天的自然光，色温6800K。 D光源:相当于白天平均照明光，色温6500K，用它作
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15～20级的饱和度变化
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4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3～5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（0～6）MHz传送亮度信息， 而可用窄带宽（0～1.3）MHz或（0～1.5） MHz传送色度信息 。
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、Ｂ是基色量（R）、（G）、（B）
的混配系数，称为三色系数或三刺激值
光通量为： 返回
|F|=(R×1+G×4.5907+B×0.0601) lm 33
2. 计色制及色度图 (1) RGB计色制及其色度图
用物理三基色(R)、(G)、(B)和规定的基
根据实验确定：对于等能白光,当 R=G=B=1,即
FE白=1(R)+1(G)+1(B) |1(R)|＝1光瓦，
|1(G)|＝4.5907光瓦,
|1(B)|=0.0601光瓦。
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其光通量为
｜ FE白｜=1×1+1×4.5907+1×0.0601=5.6508lm 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。
为照明，被照物体所呈现的颜色更接近于日光下的 真实颜色，它可以由彩色显像管的三种荧光粉发出 的光适当混配而成。是PAL制的标准白光源 E光源:是一种理想的等能量的白光源，色温5500K 。 E白是等能白光源，即当可见光谱范围内所有波长的光 具有相等辐射功率时形成的一种白光，在自然界中 不存在，是用于彩色电视计算的一种假想光源，简 化色度学中的计算。
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图1―22 电磁波波谱及可见光光谱
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从电视角度看,可见光有如下特性: (1)可见光的波长范围有限,它只占整个电
磁波波谱中极小的一部分。 (2)不同波长的光呈现出的颜色各不相同,
随着波长由长到短,呈现的颜色依次为:红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫,见图。 (3)只含有单一波长的光称为单色光;包 含有两种或两种以上波长的光称为复合 光,复合光作用于人眼,呈现混合色。
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5人眼对彩色感觉具有空间和时间混色特性 人眼彩色感觉具有空间混色特性，是指
当人眼对彼此间隔很近的不同色光的小单元 组，在适当距离外观看时，不能区分出各个 光点的彩色，感觉到的是它们的混合色。彩 色显像管的荧光屏即是基于人眼的空间混色 特性而制成的。
人眼彩色感觉具有时间混色特性，是指 当在同一个位置轮流投射两种或两种以上的 彩色光，其轮换速度足够高，人眼感觉到的 是它们混合后的彩色感觉 。
等于实际景象的亮度，人眼不能觉察出
的亮度差别，在重现景物时可不予精确
复制，只保持重现图像的对比度，就会
有十分逼真的感觉。
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3. 人的彩色感觉
锥状细胞又分为三类,分别称为红敏、绿 敏和蓝敏。如果某束光线只能引起某一 种光敏细胞兴奋,而另外两种光敏细胞仅 受到很微弱刺激,我们感觉到的便是某一 种色光。
纵坐标点（1．0）为r=0、g=1、b=0， 是单位绿基色量1(G) ；
横坐标点（1．0）为r=1、g=0、b=0， 是单位红基色量1(R)
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RGB色度图
色度图中，舌形曲线是饱和度100％的谱 色光的各种色调，用波长表示；
r=g=b=1/3的点是基准E白的坐标点（饱 和度0％）；从E白点向四周伸展时，是 饱和度渐增的各种不同饱和度的同一种 色调；
的亮度之和。
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三基色原理是对颜色进行分解与合成的重要 原理，电视系统只需要将要传送的颜色分解 为三基色，然后再分别以对应的一种电信号 进行传送就可以了。
三基色的选择不是唯一的 选择三种基色光的基本条件：一是它们之间
必须是线性无关；二是由它们合成的彩色色 域应尽量宽。根据大量的实验认为，用红、 绿、蓝三色光作为相加混色的三基色光最为 适当。彩色电视即是选用该三基色利用相加 混色法显现各种颜色的。
弱，单位是nit。它与色光的能量及波长的
长
短
有
关
。
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彩色三要素
色调：表征彩色之间色相的差异，如通
常所指的红色、绿色、橘红色等表述。
不同波长感觉出不同色调，故色调用波
长
表
示
。
色饱和度：表征彩色的浓淡或深浅程度，
用百分数表示。纯谱色光的饱和度为100
％，纯净白光或不同亮度的灰色、黑色
等（无彩色）饱和度为0％
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RGB色度图
物理三基色RGB计色制物理意义清楚，但实际 使用很不方便。
首先，在色度图上不能表示出亮度的大小； 其次，混色曲线中有负值存在，计算时，易出差
错； 另外，谱色轨迹不全在坐标的第一象限内，作图
也感不便。 为克服上述缺点，CIE规定了另一种专门用于彩
色计算的坐标系，即XYZ计色制（或称标准计色 制）。
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图1―24 标准白光源的光谱
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1.3.2 视觉特性 1. 相对视敏曲线
在可见光范围内， 1. 同一波长的光，强度不同，人眼的亮度感觉不
同， 2. 相同强度，不同波长的光，人眼的亮度感觉不
同
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图1―25 相对视敏曲线
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2. 人眼的亮度感觉 亮度感觉,即包括人眼所能感觉到的
最大亮度与最小亮度的差别及在不 同环境亮度下对同一亮度所产生的 主观亮度感觉。
（1 Z ) mz[rz (R) gz (G) bz (B)]
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根据人眼的彩色视觉特性，在彩色复现 过程中，并不要求恢复原来景物辐射 （反射或透射）光的光谱成份，重要的 是获得与景物相同的彩色感觉。
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1.3.3 彩色三要素和三基色原理
1.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：表征彩色光对人眼刺激程度的强
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(2) XYZ计色制及其色度图 计算三基色具有如下特点: ①可根据F=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。式中（X）、 （Y）、（Z）为三基色单位，X、Y、Z为三色系数 ②规定： 1）系数Y在数值上等于彩色光的全部亮度,与X,Z无 关，并且，规定1（Y)的光通量为1光瓦。 2）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。 4）用它们配出实际彩色时、X,Y,Z均为正数
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结论: (1)人眼可以感觉到的亮度范围虽然相当
宽,但当眼睛适应于某一平均亮度后,能分 辨的亮度范围就比以主观感觉“亮”与 “暗”为界的范围缩小了。
(2)在不同的环境亮度下,同样的亮度,给 人的主观亮度感觉却完全不同。
(3)当人眼适应于不同的平均亮度后,可 分辨的亮度范围也不相同。
由此，电视重现景象的亮度无需
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4.色度三角形
三基色混合所产生的各种颜色,可以由
色度三角形予以说明,
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图1―27 色度三角形
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1.3.4 计色制及色度图 配色实验 通过比色以确定给定颜色的三基色的混合比例
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1.配色实验
从基色调节装置上分别读出各个基色的 数量,由此可写出配色方程式
F=R(R)+G(G)+B(B)
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RGB色度图
由(R)、(G)、(B)三点组成的三角形称为 物理三基色三角形，其重心为等能白光E 白的位置。舌形曲线所围的区域内是(R)、 (G)、(B)混出的一切自然界的颜色
用(R)、(G)、(B)混配时，可用三色系数 均为正值；混配出三角形外、舌形曲线 内的颜色时，三色系数有负值。舌形曲 线以外是不能用(R)、(G)、(B)配出的颜 色，也即自然界中不存在的颜色。
1.3 彩色的基本概念
彩色电视是根据人眼的视觉生理特性， 利用电信号的方式，来实现彩色景象的 分解、变换、传送和再现的过程。
彩色电视的基本理论是建立在色度学与 视觉生理学基础上的。
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1.3 彩色的基本概念
1.3.1 彩色和光密不可分 1.可见光的特性 光学理论告诉我们,光是一种以电磁波
形式存在的物质,人眼可以看见的光叫可 见光,它是波长范围为380nm到780nm之 间的电磁波,
色量R、G、B 建立的一套计色系统，
称为（RGB）计色系统。用它可以对一 切颜色进行计量。
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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。
令m=R+G+B,则r、g、b分别为
r R m
gG m
b B m
m称为色模，代表彩色量所含的三色系数的总和。