色度学基础知识课件

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1、 第一章 广播电视基础知识 第三节第三节 色度学基础知识色度学基础知识一、光与彩色一、光与彩色 1.可见光及其特性可见光及其特性 光是一种客观存在的物质，光也是一种电磁波。电磁波光是一种客观存在的物质，光也是一种电磁波。电磁波的频谱范围很广，包括无线电波、的频谱范围很广，包括无线电波、9 红外线、可见光线、紫外线、红外线、可见光线、紫外线、X 射线、宇宙射线等，如图射线、宇宙射线等，如图 1.13 所示。所示。图图1.13 电磁波频谱图电磁波频谱图 第一章 广播电视基础知识 从图从图 1.13 中可以看出，可见光位于红外线与紫外线之间，中可以看出，可见光位于红外线与紫外线之间，波长在波长在 3

2、80780 nm（1 nm=910 m）之间，不同波长的）之间，不同波长的光波呈现出不同的颜色，波长由长到短分别引起人眼红、橙、光波呈现出不同的颜色，波长由长到短分别引起人眼红、橙、黄、黄、绿、青、蓝、紫绿、青、蓝、紫 7 种色感。种色感。白色光是各种单色光的混合效应。太阳光通过玻璃棱镜白色光是各种单色光的混合效应。太阳光通过玻璃棱镜后，可以分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫一系列的彩色后，可以分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫一系列的彩色光。光。太阳光的波谱太阳光的波谱 第一章 广播电视基础知识 2.物体的颜色物体的颜色 物体可分为发光体与非发光体。物体可分为发光体与非发光体。发光体的颜色由它所

3、发出的光谱所确定。非发光体所呈现发光体的颜色由它所发出的光谱所确定。非发光体所呈现的颜色，是指该物体在特定光源照射下，反射（或透射）的一的颜色，是指该物体在特定光源照射下，反射（或透射）的一定可见光谱成分作用于人眼而引起的视觉效果。也就是说对于定可见光谱成分作用于人眼而引起的视觉效果。也就是说对于非发光体，其颜色由主要由照射光源、物体的性质和人眼的彩非发光体，其颜色由主要由照射光源、物体的性质和人眼的彩色视觉特性来决定。色视觉特性来决定。例如，在阳光照射之下，红领巾呈红色，是因为红领巾反例如，在阳光照射之下，红领巾呈红色，是因为红领巾反射了太阳光中的红色成分，而将其他成分全部吸收。射了太阳光中

4、的红色成分，而将其他成分全部吸收。彩色感觉不但与物体本身对光的反射和吸收特性有关，还彩色感觉不但与物体本身对光的反射和吸收特性有关，还与光源所含的光谱成分有关，因此同一物体在不同光源照射下与光源所含的光谱成分有关，因此同一物体在不同光源照射下呈现的彩色也有所不同。呈现的彩色也有所不同。国际上曾规定了国际上曾规定了 A、B、C、D、E 5 种标准白光源，其中种标准白光源，其中 A、B、C、D 光源是实际存在的，光源是实际存在的，E 光源是一种假想的等能量光源是一种假想的等能量光源，实际是不存在的。光源，实际是不存在的。第一章 广播电视基础知识 二、彩色三要素二、彩色三要素 任一彩色光对人眼的视觉

5、作用，都可用亮度、色调及色饱任一彩色光对人眼的视觉作用，都可用亮度、色调及色饱和度这三个参量来描述。这三个参量称为彩色三要素。和度这三个参量来描述。这三个参量称为彩色三要素。1.亮度亮度 亮度亮度指彩色光作用于人眼时所引起的明暗程度的感觉。指彩色光作用于人眼时所引起的明暗程度的感觉。物体的亮度由照射光和反射光的强度决定。物体的亮度由照射光和反射光的强度决定。2.色调色调 色调色调指彩色光的颜色类别。指彩色光的颜色类别。例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，分别表示不同的色调。例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，分别表示不同的色调。色调取决于彩色光的光谱成分。色调取决于彩色光的光谱成分。第一章 广播电视基

6、础知识 3.色饱和度色饱和度 色饱和度色饱和度指彩色光颜色的深浅程度。指彩色光颜色的深浅程度。它与彩色光中含有的白光多少有关，饱和度越它与彩色光中含有的白光多少有关，饱和度越高则颜色越深，所含有的白光就越少，不掺入白光，高则颜色越深，所含有的白光就越少，不掺入白光，色饱和度为色饱和度为 100%；白光的饱和度为零。；白光的饱和度为零。通常把色调和色饱和度合称为色度（通常把色调和色饱和度合称为色度（F）。色。色度既说明彩色光颜色的类别，又说明了颜色的深浅度既说明彩色光颜色的类别，又说明了颜色的深浅程度。在彩色电视系统中，实质上是传输图像像素程度。在彩色电视系统中，实质上是传输图像像素的亮度和色度

7、信息。的亮度和色度信息。第一章 广播电视基础知识 三、人眼的彩色视觉特性三、人眼的彩色视觉特性 1.人眼的视觉特性人眼的视觉特性 人眼视网膜上的光敏细胞有两种，即杆状细胞和锥状细人眼视网膜上的光敏细胞有两种，即杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞对亮度敏感，能感受弱光，但无色觉。锥状细胞。杆状细胞对亮度敏感，能感受弱光，但无色觉。锥状细胞又分红敏、绿敏和蓝敏细胞，在正常光照的作用下引起视胞又分红敏、绿敏和蓝敏细胞，在正常光照的作用下引起视觉，产生彩色感觉。觉，产生彩色感觉。人眼的亮度感觉与实际亮度不是同步的。人眼的亮度感觉与实际亮度不是同步的。人眼的这一视觉特性称为视觉惰性或视觉暂留，如图所示。人眼的

8、这一视觉特性称为视觉惰性或视觉暂留，如图所示。人眼的人眼的视觉视觉惰性示意惰性示意图图 第一章 广播电视基础知识 视觉惰性的应用：视觉惰性的应用：1、在放映电影时，每秒钟换在放映电影时，每秒钟换24幅。为了，采用幅。为了，采用每幅曝光两次的办法，使得每秒钟画面共出现每幅曝光两次的办法，使得每秒钟画面共出现48次，次，达到了临界闪烁频率，克服闪烁感。达到了临界闪烁频率，克服闪烁感。2、我国广播电视采用隔行扫描，规定场频、我国广播电视采用隔行扫描，规定场频fV=50HZ。图像才可以采用顺序制传送。即将一幅图。图像才可以采用顺序制传送。即将一幅图像分解为若干个像素，传送图像时，不必将所有制得像分解为

9、若干个像素，传送图像时，不必将所有制得的像素同时传送，而只要快速地按顺序逐个传送像素的像素同时传送，而只要快速地按顺序逐个传送像素就可以了。就可以了。第一章 广播电视基础知识 2.视力范围与电视机屏幕视力范围与电视机屏幕 由于人眼视觉最清楚的范围是水平方向夹角由于人眼视觉最清楚的范围是水平方向夹角 20、垂直方、垂直方向夹角向夹角 15的矩形内，因此电视机的屏幕一般设计成矩形，宽的矩形内，因此电视机的屏幕一般设计成矩形，宽高比为高比为 4 3 或或 5 4。高清晰度大屏幕彩色电视机的屏幕宽高比。高清晰度大屏幕彩色电视机的屏幕宽高比一般为一般为 16 9。电视机尺寸大小常用对角线长度表示。电视机

10、尺寸大小常用对角线长度表示。3.电视图像清晰度与电视系统分解力电视图像清晰度与电视系统分解力 电视图像的清晰度是指人眼主观感觉到的图像细节的清晰电视图像的清晰度是指人眼主观感觉到的图像细节的清晰程度。电视系统传送图像细节的能力，称为系统的分解力。扫程度。电视系统传送图像细节的能力，称为系统的分解力。扫描行数越多，景物被分解成的像素就越多，重现图像的细节也描行数越多，景物被分解成的像素就越多，重现图像的细节也就越清晰，分解力就高。就越清晰，分解力就高。当扫描行数达到一定值后，再增加行数，清晰度提高较慢，当扫描行数达到一定值后，再增加行数，清晰度提高较慢，而电视信号的频带宽度却急剧增加。为此，扫描

11、行数而电视信号的频带宽度却急剧增加。为此，扫描行数一般选在一般选在 500650 行之间。我国选用行之间。我国选用 625 行，在高清晰度电行，在高清晰度电视中，扫描行数已增加到视中，扫描行数已增加到 1 000行以上。行以上。第一章 广播电视基础知识 4.亮度特性亮度特性 对于同一波长的光，当光的辐射功率不同时，给人的亮度对于同一波长的光，当光的辐射功率不同时，给人的亮度感觉也不同。辐射功率相同而波长不同的光，给人的亮度感觉感觉也不同。辐射功率相同而波长不同的光，给人的亮度感觉也是不同的，这种不同，通常用相对视敏度曲线来表示，如也是不同的，这种不同，通常用相对视敏度曲线来表示，如图图 1.1

12、4 所示。从图中可以看出，人眼对所示。从图中可以看出，人眼对 555 nm 波长的黄绿色波长的黄绿色光最敏感。光最敏感。图图1.14 相对视敏度曲线相对视敏度曲线 第一章 广播电视基础知识 四、三基色原理与混色四、三基色原理与混色 1.三基色原理三基色原理 用三种不同颜色的单色光按一定的比例混合，可得到自然界用三种不同颜色的单色光按一定的比例混合，可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫基色光，这中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫基色光，这三种颜色叫三基色。其主要内容是：三种颜色叫三基色。其主要内容是：自然界中的大多数彩色，都可以用三基色按一定比例混自然界中的大多数彩

13、色，都可以用三基色按一定比例混合得到；反之任意一种彩色也都可以分解为三基色。合得到；反之任意一种彩色也都可以分解为三基色。三基色必须是相互独立的彩色，即其中任意一种基色都三基色必须是相互独立的彩色，即其中任意一种基色都不能由其他彩色混合产生。不能由其他彩色混合产生。三基色之间的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度。三基色之间的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度。混合色的亮度等于三基色亮度之和。混合色的亮度等于三基色亮度之和。在彩色电视中，选用红（在彩色电视中，选用红（R）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）作为三）作为三基色。基色。第一章 广播电视基础知识 选用红（选用红（R）、绿（）、绿（

14、G）、蓝（）、蓝（B）作为三基色原因：）作为三基色原因：1）人眼对红、绿、蓝三基色比较敏感；）人眼对红、绿、蓝三基色比较敏感；2）红、绿、蓝三基色彼此独立；）红、绿、蓝三基色彼此独立；3）红、蓝分布在可见光谱的两端，绿分布在可见光谱的）红、蓝分布在可见光谱的两端，绿分布在可见光谱的中间，而由红、绿、蓝三基色混合而成的彩色较为丰富。中间，而由红、绿、蓝三基色混合而成的彩色较为丰富。根据三基色原理，我们只需把要传送的彩色分解成红根据三基色原理，我们只需把要传送的彩色分解成红（R）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）三种基色，然后再将它们转换成）三种基色，然后再将它们转换成三种电信号进行传送。在电视

15、接收端，再将这三种电信号送至三种电信号进行传送。在电视接收端，再将这三种电信号送至彩色显像管，经过混色的方法就能重现原来被传送的彩色图像彩色显像管，经过混色的方法就能重现原来被传送的彩色图像了。了。第一章 广播电视基础知识 彩色彩色图图像的像的发发送与接收示意送与接收示意图图 第一章 广播电视基础知识 2.混色法混色法 利用三基色按不同比例混合来获得利用三基色按不同比例混合来获得彩色的方法，称为混色法。彩色的方法，称为混色法。彩色混色方法有两种：彩色混色方法有两种：彩色光的混色（相加混色）彩色光的混色（相加混色）彩色颜料的混色（相减混色）彩色颜料的混色（相减混色）（1）直接混色）直接混色 1）

16、相加混色）相加混色 用等能量的红、绿、蓝三束单色光用等能量的红、绿、蓝三束单色光同时投射到白色屏幕上，屏幕上将出同时投射到白色屏幕上，屏幕上将出现一幅品字形的三基色圆图，如图所现一幅品字形的三基色圆图，如图所示。示。相加混色相加混色 第一章 广播电视基础知识 2）相减混色）相减混色 相减混色的三基色为黄、青、紫。相减混色的三基色为黄、青、紫。在一张白纸上分别画黄、青、紫三个圈，并使之有交叠处。在一张白纸上分别画黄、青、紫三个圈，并使之有交叠处。相减混色图相减混色图白红青白红青白绿紫白绿紫白蓝黄白蓝黄白蓝绿红白蓝绿红白红绿蓝黑白红绿蓝黑 第一章 广播电视基础知识 间接混色法是利用人眼的视觉特性进

17、行混色的方法。间接间接混色法是利用人眼的视觉特性进行混色的方法。间接混色法又可分为空间混色法、时间混色法和生理混色法。混色法又可分为空间混色法、时间混色法和生理混色法。（）（）空间混色法空间混色法是将三种基色光分别投射到同一表面上邻近的三点上，则是将三种基色光分别投射到同一表面上邻近的三点上，则由于人眼的分辨力的限度，就能产生三种基色光混合的色彩感由于人眼的分辨力的限度，就能产生三种基色光混合的色彩感觉。觉。现代彩色显像管就是根据这种方法来重现彩色图像的现代彩色显像管就是根据这种方法来重现彩色图像的。（）时间混色法（）时间混色法是将三种基色光按一定顺序轮流投射到同一表面上，轮换是将三种基色光按

18、一定顺序轮流投射到同一表面上，轮换速度足够快，由于人眼的视觉惰性，将产生与三基色光直接混速度足够快，由于人眼的视觉惰性，将产生与三基色光直接混合时相同的彩色感觉。合时相同的彩色感觉。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。第一章 广播电视基础知识 3、彩色三角形彩色三角形图图1.2彩色三角形彩色三角形 1）三角形的顶点为三个基色，每）三角形的顶点为三个基色，每条边是其对应两端点基色以不同比例条边是其对应两端点基色以不同比例组成的混色线。组成的混色线。2）三角形的重心是由红、绿、）三角形的重心是由红、绿、蓝三基色等能量组成的白色，而三角蓝三基色等能量组成的白色，而三角

19、形各顶点与其对边中点的连线必过三形各顶点与其对边中点的连线必过三角形重心，即红与青、绿与紫、蓝与角形重心，即红与青、绿与紫、蓝与黄这三对互为补色也能构成白色。黄这三对互为补色也能构成白色。3）三条边上各点与重心的连线为等色调线，它越趋）三条边上各点与重心的连线为等色调线，它越趋于重心，饱和度越低。于重心，饱和度越低。第一章 广播电视基础知识 r、g、b是计色三角形的色坐是计色三角形的色坐标，标，r+g+b=1，一定的，一定的r、g、b就就表示一定的颜色。表示一定的颜色。例如：例如：r=1/2、g=1/2、b0，呈黄色；呈黄色；r=3/4、g=1/4、b=0，呈橙色。呈橙色。由图可见，穿过由图可

20、见，穿过W点的任何一点的任何一条直线连接三角形上两点代表的相条直线连接三角形上两点代表的相加均得白色，通常把相加后形成得加均得白色，通常把相加后形成得两种颜色称为互补色，因此，红与两种颜色称为互补色，因此，红与青、绿与紫、蓝与黄均为互补色。青、绿与紫、蓝与黄均为互补色。计色三角形计色三角形 第一章 广播电视基础知识 1.3.4亮度方程亮度方程将显像三基色直接写作将显像三基色直接写作R、G、B。经过理论的研究得出，。经过理论的研究得出，混合光的总亮度（用混合光的总亮度（用Y表示）与三基色光的关系近似为表示）与三基色光的关系近似为Y=0.30R+0.59G+0.11B 在彩色电视信号传输过程中，亮度信号和三基色信号是在彩色电视信号传输过程中，亮度信号和三基色信号是以电压的形式来表示的，则亮度方程式可以写成电压方程形以电压的形式来表示的，则亮度方程式可以写成电压方程形式，即式，即 EY0.30ER+0.59EG+0.11EB 亮度方程式在彩色电视技术中有着很重要的地位，它是亮度方程式在彩色电视技术中有着很重要的地位，它是对彩色图像进行三基色分解、三基色编码传输及解码都必须对彩色图像进行三基色分解、三基色编码传输及解码都必须遵循的一个基本公式。遵循的一个基本公式。