数字电视原理 01_第一章_彩色电视色度学基础

数字电视原理课程邮箱：tv_cauc@ ，密码：123456王晓亮wxl_ee@中国民航大学电子信息工程学院天津市智能信号与图像处理重点实验室2013-3-21第一章彩色电视色度学基础1.1 光的特性1.2 视觉特性1.3 色度学基础电视：根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时1.1 光的特性电视技术的精髓就是研究如何用最经济、最有效的方法使重现光像能够使人感到最逼真地模拟实际景物的光像。

“电”“视”顾名思义是物理学与生理学结合的科学。

为使使重现光像逼真地模拟实际景物的光像必须首先了解光特性，了解人对光像的感觉特性。

1.1.1 可见光谱780nm380nm1.1 光的特性—(1)可见光谱1.1.1 可见光谱单色光：只含有单一波长的光复合光：包含有两种或两种以上波长的光•复合光作用于人眼，呈现混合色。

•太阳辐射的光含有各种单色光的波谱，给人以白光的综合感觉。

1.1 光的特性—(2)物体的颜色1.1.2 物体的颜色（色温的概念）物体颜色的产生•发光体•非发光体光源不同，物体颜色各异彩色电视系统一般用白色光源什么是白色？1.1 光的特性—(2)物体的颜色色温的概念定量地描述光源所发出的白光的品位。

绝对黑体——指既不反射也不透射而完全吸收入射波的理想物体。

色温——当绝对黑体在某一特定绝对温度下，其辐射的相对光谱功率分布与某一光源的光谱相同时，则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的色温，单位是开（K）。

1.1 光的特性—(2)物体的颜色 色温的概念1.1 光的特性—(2)物体的颜色 标准光源A白光源（2800K）B白光源（4800K）C白光源（6770K）D65白光源（6500K）E白光源（5500K）（等能白光：E白）1.1 光的特性—(2)物体的颜色注意：色温描述的光源的光谱分布，与光源本身的温度无关例如，白炽钨丝灯温度为2800K时发出的白光，与温度为2854K的绝对黑体所辐射的白光相同，则白光钨丝灯的色温是多少？白光钨丝灯的色温是2854K，而不是2800K。

第一章彩色电视色度学基础1.1 光的特性1.2 视觉特性1.3 色度学基础1.2 视觉特性1.2 视觉特性人的视觉系统对颜色的感知可归纳出如下几个特性 眼睛可类比于一个摄像机。

人的视网膜通过视细胞来感知外部世界的颜色。

1.2 视觉特性明暗视觉亮环境下锥体细胞、杆体细胞共同起作用，分辨明暗、彩色，称为明视觉。

暗环境下只有杆体细胞起作用，只能分辨明暗，称为暗视觉。

1.2.1 人眼的亮度视觉1.2 视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光谱光视效率在产生相同亮度感觉的情况下，测出各种波长光的辐射功率Ф(λ)，则：光谱光视效能：K(λ)= 1 /Ф(λ)用来衡量视觉对波长为λ的光的敏感程度当λ=555nm时，有最大的光谱光视效能：Km=K(555)1.2 视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光谱光视效率任意波长光的光谱光视效能K(λ)与Km之比称为光谱光视效率(相对视敏度)，用函数V(λ)表示V(λ)= K(λ）/ KmV(λ)也可用得到相同主观亮度感觉时所需各波长光的辐射功率Ф(λ）表示：V(λ)= Ф（555）/Ф(λ)光度学中几个度量单位，因此整个球面为4π球面度光度学中几个度量单位1.2 视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光度学中几个度量单位非单一波长的光源，其发出之光通量，是它在各波长范围所发出的光通量总和。

对于N个单色光λ1、λ2、…λN组成的光源，NΦ= 683Σφ(λi)V(λi)[lm]i=1对于具有连续光谱功率分布密度φe(λ)的光源，Φ=683∫φ(λ)V(λ)dλ[lm]光度学中几个度量单位1.2 视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光度学中几个度量单位亮度L: 单位是cd/m2，读作坎/米2或尼特•亮度表示发光面的明亮程度。

•（同样的发光强度面积越小亮度越大）照度E：单位是lx,读作勒克斯•照度表示物体表面受到光照射时，单位面积上入射的光通量。

1勒克司等于每平方米上有1流明的光通量。

1 lx= 1 lm/m2•（同样的光通量面积越小光照度越大）1.2 视觉特性—(2)人眼的色度视觉1.2.2 人眼的色度视觉俄国科学家罗蒙洛索夫于1756年首先提出了三基色假设，认为人眼的锥状细胞由红、绿、蓝三种感光细胞组成，这一假设后来得到证实。

三种锥状细胞的相对视敏度曲线1.2.3 人眼的分辨力1.2.3 人眼的分辨力1.2 视觉特性—(3)人眼的分辨力1.2.3 人眼的分辨力分辨力与观看位置、照明强度、景物相对对比度、物体运动速度有关。

亮度很低时，视力很差亮度过大时，视力不再增加，甚至由于眩目，视力反降 相对对比度小，分辨力降低观看运动物体，分辨力降低人眼相当于一个低通滤波器。

1.2.3 人眼的分辨力1.2 视觉特性—(4)视觉惰性与闪烁视觉1.2.4 视觉惰性与闪烁视觉当有光脉冲刺激人眼时，视觉的建立和消失都需要一定的过程，光源消失以后，景物影像会在视觉中保留一段时间，称为视觉惰性。

视觉暂留时间在0.05～0.2秒1.2 视觉特性—(4)视觉惰性与闪烁视觉眼睛在周期性的光脉冲刺激下，如果它的频率不够高，则会感到闪烁，长期观看容易疲劳。

不引起闪烁感觉的光脉冲最低重复频率称临界闪烁频率。

临界闪烁频率与光脉冲亮度有关，有经验可近似表示为若电视画面间歇性重复呈现，只要重复频率为50Hz左右，视觉上就有很好的连续画面的感觉。

lg =+c m f a L ba=9.6,b=26.6为常数，当L m =100尼特（cd/m 2）时,人眼的临界闪烁频率约为46Hz第一章彩色电视色度学基础1.1 光的特性1.2 视觉特性1.3 色度学基础1.3 色度学基础—(1)彩色三要素1.3.1 彩色三要素亮度(Luminance)：光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉。

色调(Hue)：表示颜色的种类。

饱和度(Saturation)：表示颜色的深浅程度。

即彩色的纯度，掺入白色的程度。

1.3 色度学基础—(1)彩色三要素1.3.1 彩色三要素色度：色调和饱和度又合称为色度。

色度既说明彩色的类别，又说明彩色的深浅程度。

亮度取决于人眼感觉的光功率的大小。

色调取决于进入人眼的光的波长。

饱和度取决于纯色光中混入白光的程度。

HSL彩色模型1.3 色度学基础—(2)三基色原理1.3.2 三基色原理三基色原理：•适当选择三种基色，将它们按不同比例混合，就可以引起各种不同的颜色感觉。

•它们相互独立：其中任一色均不能由其它二色混合产生。

•它们是完备的：即所有其它颜色都可以由这三种基色按不同的比例组合而得到。

1.3 色度学基础—(2)三基色原理1.3.2 三基色原理彩色重现并不要求恢复景物的原始光谱成分，只需获得与原景物相同的彩色感觉。

三基色原理对于彩色电视的重要性：•把传送无数彩色的任务简化为传送三个基色信号1.3.2 三基色原理两种原色的补色C YM R G B1.3 色度学基础—(2)三基色原理混色方法：时间混色法：将三种基色光按一定的顺序轮流投射到同一个表面上。

是顺序制彩色电视的基础。

空间混色法：将三种基色光分别投射到同一个表面上邻近的三个点上。

是同时制彩色电视的基础。

生理混色法：两只眼睛同时分别观看两种不同颜色的同一幅图像。

1.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示1.3.3 颜色的度量与表示配色实验1931年CIE规定：•波长为700nm，为红基色光R。

•波长为546.1 nm，为绿基色光G。

•波长为435.8 nm，为蓝基色光B。

1.3.3 颜色的度量与表示1.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示1.3.3 颜色的度量与表示配色实验•为使等量的三个基色光能配出标准白光，规定了红、绿、蓝三个基色单位，并分别用〔R〕、〔G〕、〔B〕表示。

•光量调节器也按基色单位进行刻度，当三个基色光量刻度分别为1〔R〕、1〔G〕、1〔B〕时，配出等能白光E白，测得三基色光通量的比例为：•配得等能白光E白1 ：4.5907 ：0.06011.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示1.3.3 颜色的度量与表示配色实验•为使等量的三个基色光能配出标准白光，规定了红、绿、蓝三个基色单位，并分别用〔R〕、〔G〕、〔B〕表示。

•光量调节器也按基色单位进行刻度，当三个基色光量刻度分别为1〔R〕、1〔G〕、1〔B〕时，配出等能白光E白，测得三基色光通量的比例为：•配得等能白光E白1 ：4.5907 ：0.06011.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示配色方程等能白光的配色方程：F E白＝1［R］＋1［G］＋1［B］任意彩色光F的配色方程：F＝R［R］＋G［G］＋B［B］其中：R、G、B称为三色系数取1［R］的光通量为1流明，则光通量(亮度)方程：│F│＝(R＋4.5907G＋0.0601B) lm配色方程[][λλλF r g()()R()G=+1.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示色度图色度（色调、饱和度）只与三刺激值的比例有关。

令：R+G+B=mm称为色模，代表某彩色光所含三基色单位的总量。

则用色模归一化的三刺激值：r=R/mg=G/mb=B/mr、g、b称为色度坐标，且有：r+g+b=11.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示色度图r、g、b的比例关系与R、G、B的比例关系相同，都可表示同一彩色的色度。

只要知道r、g、b其中的二个，就可确定第三个，所以可用二维坐标来表示各种彩色的色度。

将彩色的色度用r-g二维坐标图显示——色度图。

1.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示色度图1.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示RGB计色制存在的问题用物理三基色[R][G][B]计色时出现负系数。

•负系数代表负光，表示用[R][G][B]三基色相加混合配不出此种颜色的光。

RGB色度图只表示色度，不表示亮度，需用公式再计算亮度。

谱色的坐标不全在第Ⅰ象限，作图不方便。

为克服RGB计色制的缺点，CIE委员会制订了新的计色制——XYZ计色制即CIE制。

1.3 色度学基础—(3)颜色的度量与表示XYZ计色制配色方程：F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]三基色单位[X]、[Y]、[Z]的确定:•对于任何实色光，三色系数X、Y、Z值均为正，即全部在第Ⅰ象限。

•为便于计算亮度，要求彩色光的亮度仅由Y[Y]项决定。

同时规定1[Y]的光通量为1流明。

•X、Y、Z的比例仍决定彩色光的色度，当X=Y=Z时，仍代表等。

能白光E白XYZ色度系统是目前常用的色度系统，XYZ基色的选择只是计算中应用的、假想的，并不是自然界中实际存在的，所以又叫计算三基色。