1A第一章 视觉特性与三基色原理

计算法 : 已知：两个彩色光F1和F2 的配色方程分别如下，求：F1和F2相混后的合成 光 F1+2 .
由彩色光的相加规律有：
或：
图解法：
在r－g直角坐标式或麦克斯韦三角形中，用图解法求合成光的色度坐
标；这种方法类似于力学中求两质点重心的位置。
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整理： 其中：
r－g直角坐标式
麦克斯韦三角形
令m=r +g +b
有r =r /m g = g/m b=b /m
可得 r : g : b = r : g : b
三色系数 相对色系数 分布色系数
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由于相对色系数r、g、b之和等于1。所以知道其中任意 二个（例如r和g）就可以算出第三个（例如b=1－r－ g）。因此，可以用r－g平面坐标作出包罗所有实际颜
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1.3.3 XYZ计色制
RGB计色制的基础是配色试验，它的物理意义明确，但使用不 方便。因为，必须知道彩色光的三个色系数R、G、B，才能处出 其亮度（但不能从色度图中反映出亮度，黑、白灰在同一 点）； 分布色系数中存在负值，用求和法近似计算色系数时， 容易出错；自然界某些实色的相对色系数出现负值，它们的坐 标不全在第一象限，作图不方便。为了克服上述缺点，1931年 CIE在RGB计色制的基础上采用三个虚设的颜色作为计算三基色 单位，分别用[X]、[Y]、[Z]表示，从而建立了XYZ计色制，并 绘制了新的色度图－－CIE色度图。
波长（nm) 380--430 430--470 470--500 500--560 560--590 590--620 620--780
颜色 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红
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标准光源：（CIE）
A 光源：色温为2854K。 A光源的光 总带着橙红色。
B 光源：色温为4800 K。在实验室 中可由特制的滤色镜从A光源中获得。
（1）三色互相独立 （2）混合色的亮度 （3）混合色的色调
R： 700nm G：546.1nm
B:435.8nm
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混色
相加混色 （1）空间混色 （2）时间混色 （3）生理混色
红色+绿色=黄色 绿色+蓝色=青色 蓝色+红色=紫色 红色+绿色+蓝色=白色
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相减混色 （1）颜料三基色 （2）互补色
若已知某彩色的辐射功率谱
P（λ）,求其三色系数时，可
不必再进行配色实验，而直接根 据CIE提供的分布色系数数据计 算求出：
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若彩色光是等能白光，其 功率常数，又R=G=B,所以:
此时三条混色曲线下的面 积相等。
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3.相对色系数与RGB色度图
在许多情况下，只需要讨论景物与图象的色度，而不涉及其 亮度。色度只由三色系数R、G、B的比例决定，与它们数值大 小无关。令三色系数之和为m:
m=R+G+B 并令 r=R/m ,
m称为色模
r、g、b称为相对色系数
g=G/m ,
或 色度坐标
b=B/m
显然 r+g+b=1。
上述式中，m反映了色光的亮度；它们的每一组数值都 确定了一种颜色的色度。
于是，配色方程可以写为
F = m{r[R] + g[G] + b[B]}
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r, g, b 与 r , g, b 的关系 r = r /(r + g + b ) g = g /(r + g + b ) b = b /(r + g + b )
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色温：
当绝对黑体在某一特定绝对温度下，所辐射的光谱与某光 源的光谱具有相同的特性时，则绝对黑体的这一特定温度就定 义为该光源的色温，单位以K表示。
例：温度保持在2800K时的钨丝灯泡所发的白光，与温度保 持在2854K的绝对黑体所辐射光的功率波谱基本一致，于是称该 白光的色温为2854K。
色温 ≠ 实际温度，而是表征光源波谱持性的参量。
蓝基色
0
0
其内彩色可由三基色配出；
等能E白 1/3
1/3
在彩色三角形外， r,g,b至少有一为负，
其外彩色无法由三基色配出；
谱色轨迹不闭合：不包括[R][B]连线。该直 线上的色光由红蓝相混，为非谱色；
自然界所有彩色都可用整个闭合曲线及其内 部的相应点的坐标表示；坐标位置越靠近谱 色轨迹，所对应的彩色越纯，即饱和度越高。 越接近E点，所对应的彩色饱和度越低；
红色+青色=白色 绿色+紫色=白色 蓝色+黄色=白色
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1.3.2 RGB计色制
1、配色实验
三基色光源 R
G
B 光量调节
视场
2、配色方程与色系数
F = R[R] + G[G] + B[B]
待配彩色
F
为任意一个彩色光；
[R]、[G]、[B] 为三基色单位；
R、 G、B 为三色系数
[R]、[G]、[B] ？
θ
影响分辨力的因素： 1）与物体在视网膜上成象
的位置有关。 2）与照明强度有关。 3）与对比度有关。 4）与被观察物体运动速度
有关。
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4、彩色细节分辨力
人眼对彩色细节分辨能力较差
大面积着色原理
人眼的彩色分辨率实验
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5、视觉惰性
光脉冲亮度
(a)
t
视觉亮度
(b)
t1 t2 t
临界闪烁频率：
fc = a lg Lm + b
0.8 0.6 0.4 20VB(λ)
VG(λ)
0.2
VR(λ)
0 400 500
600 700
波长/nm
光谱光效能：衡量视觉对波长为 λ的光的敏感程度
光谱光效能函数：
ν（λ）= K(λ) = P(555) K(555) P(λ)
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几个度量单位 光强（发光强度）：光源在单位立体角内发出的光通
如果三个色光F1 、F2 、 F3相混合，可以先将F1和F2相混合得到F1+2 然后 再将F1+2 和 F3相混合，得到合成光。不论三个色光按什么比例得混合，混合 色光F1+2+3 必然处在D F1F2F3之内。即，利用三个基色只能混合得到以基色为 顶点的三角形以内的各种颜色。
彩色电视中，应使彩色显像管三基色组成的三角形面积尽可能的大，这 样才能使重现的彩色更加丰富多彩。
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FE白 = 1[R] +1[G] +1[B]
R : G : B = 1: 4.5907 : 0.0601
对于 F = R[R] + G[G] + B[B]
光通亮 | F |= (R + 4.5907G + 0.0601B) lm
对于某些高饱和度的单色光，系数出现负值：
例如： F + B[B] = R[R] + G [G]
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。被分解之后的色光，若再 次经过棱镜，它是不能再分解了。
这种单一波长的色光也称谱色光。
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物体的颜色
1、发光体和不发光体
2、波长与颜色的关系 颜色和波长不是单值关系， 具有一定的色域； 单色光的颜色是连续的，且 色感还随光的强度而变化； 表中波长界限是不严格的； 自然界很少看见单色光。
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1.3 色度、色度图、三基色原理
1.3.1 彩色三要素： 亮度：指彩色光作用于人眼引起明暗程度的感觉。 色调：即彩色光的颜色类别。 饱和度：是指颜色的深浅程度，即颜色的浓度。
色调和饱和度合称为色度。 在彩色电视系统中，所谓传输彩色图像，实质上是传输图 像像素的亮度和色度。
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什么是三基色原理？ 关于三基色
通过大量实验，CIE分别于1931年和1964年公布了两组分布色系数 的标准数据。1931年的数据适用于1° ～4° 视场，1964年公布的数据 适用于大于4° 的视场，下表列出了1931年CIE公布的部分数据。根据 表绘制出分布色系数曲线（称为混色曲线）。
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分布色系数曲线 （混色曲线）
每条曲线都有一段负值。其含 义是：是可见光谱范围内，有些 纯度很高的颜色不能由物理学三 基色直接相加得到，必须将带负 号的一个基色搬到待配的单色光 一边，才能使比色计两边的彩色 完全相同。
相关色温： 当光源的光只与某一温度下绝对黑体辐射的光近似，而不
能精确等效。就把辐射光的特性与光源最相近的绝对黑体温度 称为该光源的相关色温。
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1.2 人眼的视觉特性
亮度视觉 色度视觉 对黑白图像细节的分辨力 对彩色图像细节的分辨力 视觉惰性
眼睛的构造
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1、亮度视觉——视觉灵敏度
相对视敏度
V(λ) 1.0
第一章 视觉特性与三基色原理
主要内容： 1.1 光的特性 1.2 人眼视觉特性 1.3 三基色原理与色度图 1.4 彩色的重现
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1.1 光的特性
1.1.1 电磁波辐射波谱： 光是光是人类眼睛所能观察到的一种电磁辐射，电磁
波的可见光谱范围为380～780nm。光具有波粒二象性。 可见光占据的频率范围如图所示：
C 光源：色温为6800K。C光源的光 偏蓝色。它是NTSC制彩色电视统 的标准白光光源。
D 光源：色温为6500K，又称D65光源。 它是PAL制彩色电视系统的标准白光 光源。
E 光源：是一种理想的等能量的白光 源，其色温为5500 K。采用这种 光源方便 彩色电视系统中问题的 分析和计算。这种光源在实际中 是不存在的，是假想的光源。
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太阳辐射功率谱 （功率波谱：指辐射功率随波长而变化的情况）
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