第2章 电视原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.1,基准光源,2.2,人眼的彩色视觉特性,2.3,三基色原理,2.4,CIE,物理三基色（,RGB,）计色系统,2.5,CIE,标准三基色（,XYZ,）计色系统,2.6,均匀色度标度（,UCS,）系统,2.7,彩色电视中的三基色,第,2,章 三基色原理和计色系统,2.,1.1,光谱功率分布,光谱功率分布,是指光源的光谱辐射功率按波长的分布，不同的光源有不同的光谱功率分布。,为了比较不同光源光谱功率分布的差异，采用光谱相对功率分布，即纵坐标采用各波长辐射功率和,555nm,辐射功率的比值,(555nm,处为,1),。,2.,1,基准光源,色温,为了表述,“,白光,”,，以便于区分它们，一般采用,“,色温,”,概念。,色温,:,如果一个,光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，,则将该,黑体的温度,（用绝对温度,K,）,称为该光源的色温。,由于常见白光源的光色并不准确与某一温度绝对黑体的光色相同，只是接近，通常将色光最接近的黑体温度称为该光源的相关色温。,2.,1.2,几种基准光源介绍,为了进行光源的比较和彩色计算，国际照明委员会（,CIE,）对彩色电视中要应用到的几种基准光源作了明确的规定。,1,A,光源（,A,白）,色温为,2845K,，相当于钨丝灯在,2800K,时发出的光，其波谱能量主要集中在红色和红外线区域较大，所以看起来带些橙红色。是一种能实现的基准光源。,2.B,光源（,B,白）,其相关色温为,4800K,，接近于中午直射阳光，在实验室中，可以用特制的滤色镜在,A,光源下获得。,3.C,光源（,C,白）,相关色温为,6770K,，相当于白天的自然光，其波谱能量在,400,500nm,处最大，可见,C,白含蓝色成份较多。也可用特制滤色镜由,A,光源获得。,4.D65,光源（,D65,白）,相关色温为,6500K,，相当于白天的平均光照，用来作为照明光源时，被照射物体所呈现的颜色更接近于在日光照射下的真实颜色。所以，,1967,年,CIE,（国际照明委员会）建议采用,D65,作为标准光源。,5,E,光源（,E,白）,相关色温为,5500K,，是在色度学中采用的一种等能白光，就是当可见光谱范围内所有波长的光都具有相等辐射功率时所形成的一种白光。这种白光自然界中不存在，但采用它大大简化了色度学中的计算，故是为彩色计算而引入的一种假想光源。,2.,2,人眼的彩色视觉特性,任何一种彩色光对人眼引起的视觉作用，都可以用彩色光的亮度、色调、饱和度这三个量来描述，称为彩色三要素。,2.2.1.,人眼的辨色能力,彩色视觉是人眼一种明视觉功能。,为确切表示某一彩色光，必须有三个独立的参量：亮度、色调和饱和度，它们称为彩色的三要素。,亮度,:,表征色光对人眼刺激程度的强弱即引起明亮感觉的程度，它与进入人眼色光的光能有关。,色调,:,表征彩色之间的差异性，反映颜色的类别。,人眼彩色感觉的非单一性,不同光谱的色光可以给人以相同的颜色感觉，这就是所谓的彩色感觉的非单一性，又称为,“同色异谱”；,同色异谱特性对彩色电视非常重要，即在电视图像的重现过程中，不必重现原景物的光谱分布，只需使重现图像与原景物有相同的彩色视觉效果即可。,2.2.2,彩色感觉的空间混色和时间混色特性,1.,空间混色,是指人眼在较远的距离观看彼此间隔很近的不同色光的小光点时，由于受视觉分辨力的限制而不能区分出各个彩色的光点，感觉到的是混合颜色效果的特性。,彩色显像管的荧光屏、彩色液晶显示屏和等离子体显示屏都是根据人眼空间混色特性得到彩色图像的。荧光屏各区域三种荧光粉点（或条）不同的发光亮度便可形成不同的彩色图像。,2.,时间混色,是指在同一个位置轮流投射两种或两种以上的彩色光时，如果轮换速度高到一定值后，由于人眼视觉暂留效应，感觉到的是它们混合彩色的特性。,细节分辨力是由分辨角来表示的，分辨角越小，分辨力越高。,实验表明，,人眼对彩色细节的分辨力要比对黑白细节的分辨力低很多。,静止图像黑白细节的分辨角为,1-1.5,彩色细节（如红、绿相间的水平条）的分辨角比黑白细节分辨角大,3,至,5,倍，约,7.5,；,实验还证明人眼对不同的色调组成，细节分辨力也不相同。例如，当刚能分辨出红绿相间条纹的条件下换成蓝绿条纹就不能分辨了。,2.2.3,彩色细节分辨力,2.,3,三基色原理,三基色原理就是由三种基本颜色混合出人眼在自然界通常所能感觉到的绝大部分颜色。,电视中采用相加混色法,著名的格拉兹曼法则是表述和进行彩色量度的基本依据,1,人的视觉只能分辨颜色的三种变化，即亮度、色调和色饱和度；,2,任何彩色均可以由三种彩色混合得到时，称这三种彩色为三基色；,3,合成彩色光的亮度等于三基色分量亮度之和，即符合亮度相加定律；,相加定律：,混合光的总亮度等于各分量光亮度之和。,注意：格拉斯曼颜色混合定律只适合于加色法。,2.3.1,格拉兹曼法则,4,光谱组成成分不同的光在视觉上可能具有相同的颜色外貌，即相同的彩色感觉。,5,在有两个成份组成的混合色中，如果一个成份连续地变化，混合色也连续地变化，由此可导出两个派生定律：,补色律,当两种颜色混合得到白色或灰色时，称这两种颜色互为补色。,中间色律,任何两个非补色的色光相混合，可产生出它们两个色调之间的新的中间色调。,两块白板将人眼的视场分为两等分，在左半视场的屏幕上投射待配彩色光，在右半视场屏幕上投射三基色光。调节三基色光的光通量，使由三基色光混合得到的颜色与待配颜色完全相同，即达到颜色匹配。这时从调节器刻度上就可得出混配该色光所需的三基色光的量。,2.3.2,配色实验,相加混色 相减混色,两种原色混合次色,两种原色的补色,次色补色白色C,Y,M,R,G,B,红光+绿光=黄光 ；红光+蓝光=品光；,绿光+蓝光=青光；红光+绿光+蓝光=白光。,然而，根据人眼的彩色视觉实验，用红绿在彩色电视技术中就是选用红、绿、蓝三种基色利用相加混合来显现各种颜色的。,2.2.3,CIE,物理三基色（,RGB,）计色系统,为了准确的对各种颜色进行计算，,首先要选定三种基色光。,国际照明委员会（,CIE）1931,年规定了一套三基色光：,红,基色,波长,700nm,绿,基色,-,波长,546.1,nm,蓝,基色,-,波长,435.8,nm,由物理三基色构成的计色系统称为物理三基色计色系统（或,RGB,计色系统）。,2.,4.1,基色单位（,R,G,）、（,B,）的确定,物理计色系统规定：各以,1,个单位的三种基色光混合时，恰能产生出等能白光（即,E,白）,.,即：1(,R)+1(G)+1(B)=F,E,白,1光瓦红基光+4.5907光瓦绿基光+0.0601光瓦蓝基光=5.6508光瓦,E,白,因此,物理计色系统规定,个基色的单位量,确定为：,|1,(R)|=1,光瓦，,|1,(G)|=4.5907,光瓦，,|1,(B)|=0.0601,光瓦,显然任意色光,F,的光通量,|F|,为：,|F|,R1+G 4.5907+B 0.0601,亮度方程,2.4.2,相对色系数及,RGB,色度图,三色系数的相对值称为,相对色系数,色模：,m =R+G+B,三色系数之和,相对色系数：,r=R/m，g=G/m，b=B/m,r,、,g,、,b,仅代表色光的色度成分，即色调和饱和度。,任意色光,F,的配色方程,都可以表示为：,F=R（R）+G（G）+B（B）,=,mr（R）+g（G）+b（B,）,由于,rgb,1，因此只要其中,两个参量就可以表示色光的色度,.,常用,r-g,二维平面直角坐标标记色度。,RGB,（,r-g,）计色系统色度图,自然界中的一切颜色都在此舌形区域内，区域之外无实际颜色光与之对应。,舌形区的包围线（包括谱色光的实线和非谱色光的虚线）其饱和度为,100,。,r=g=b,=1/3,的点是基准,E,白的座标点（饱和度为,0,），,从,E,白点向四周伸展时，是饱和度渐增的一种色调。,2.4.3,分布色系数,(,谱色三刺激值,),CIE,在明视觉与,2,视场角观察条件下，确定出混配出单位辐射功率,(1,瓦,),、波长为,的单色光所需要的的三色系数，分别用,表示称之为分布色系数。,1,光瓦谱色光的配色方程式可写为,以波长为横坐标，以分布色系数为纵坐标，得到三条曲线，称为物理三基色混色曲线。（或称三基色光谱响应曲线）。,利用分布色系数即可计算任意彩色光,F,的三色系数,设,F,具有光谱功率分布,则有,2.,5,CIE,标准三基色（,XYZ,）计色系统,1931年国际照明委员会,CIE,规定了另一种也就是现在常用的计色系统，称为标准计色系统或,XYZ,计色系统。,2.5.1,标准三基色,XYZ,和基色单位,(X),(Y,）,(Z,）的确定,任意色光,F,的彩色方程为：,F=X（X）+Y（Y）+Z（Z）,在选择三基色和确定基色单位（,X,）、（,Y,）、（,Z,）时，须满足下列条件：,当用它们配出实际彩色时，三个色系数,X,、,Y,、,Z,均为正值,色光的亮度仅取决于,Y（Y），,和,X、Z,值无关，并规定,1,（,Y,）的光通量为,1,光瓦；色光,F,的色度仍取决于,X、Y、Z,的比值；,X=Y=Z,时，且大于,0,时，为等能白（,E,白）。,显然 1（,X）+1（Y）+1（Z）=1,光瓦等能白。,XYZ,在,r-g,色度图上位置确定：,根据,XYZ,都为正数的要求，应使,X,、,Y,、,Z,三点围成的三角形包围住舌形的谱色轨迹,，即,XYZ,必须在舌形谱色轨迹外。,可以证明标准三基色量,1(X),、,1(Y),、,1(Z),与物理三基色量,1(R),、,1(G),、,1(B),之间的关系为,:,1,（,X,）,=0.4185,（,R,）,-0.0912,（,G,）,+0.0009,（,B,）,1,（,Y,）,=-0.1587,（,R,）,+0.2524,（,G,）,-0.0025,（,B,）,1,（,Z,）,=-0.0828,（,R,）,+0.0157,（,G,）,+0.1786,（,B,标准三基色不代表实际颜色，不能用物理方法求得，其基色单位（,X,）、（,Y,）、（,Z,）以及各谱色光的标准三色系数,X,、,Y,、,Z,也就不能用实验手段直接测量出来，而必须是从物理三基色单位（,R,）、（,G,）、（,B,）和三色系数,R,、,G,、,B,推导出来。,2.5.2(RGB),坐标系和(,XYZ),坐标系的转换,标准三基色系数,X,、,Y,、,Z,不能用实验手段直接测量出来，必须是从物理三色系数,R,、,G,、,B,推导出来。,2.5.3,色度图,在,XYZ,系统中表征彩色光的色度只取决于三色系数,X,、,Y,、,Z,的比值，,定义色模:,m,=X+Y+Z:,，,于是可用,x-y,直角坐标系表示各种颜色的色度，这样的平面图形就是,XYZ,色度图或称,x-y,色度图，,相对三色系数,x,、,y,、,z,的表示式为,CIE,标准基色图特点,谱色轨迹全部位于第一象限内,(,x,0,，,y,0),，并处在,X(1,，,0),、,Y,（,0,，,1,）、,Z(0,，,0),为顶点的等腰三角形之内。,E,白的坐标是,x=y=y,=1/3,。中央区域白色区域，舌形曲线边缘是饱和度为,100,的谱色色调,x,y,色度图上的色域图,2.5.4 XYZ,计色系统的,分布色系数,混配出单位辐射功率、波长为,的单色光所需的三色系数，称为分布色系数。,混色曲线,物理三基色和标准三基色都是作为色度研究使用的，不能用于彩色电视系统。,彩色显像管是由红、绿、蓝三种荧光粉（在电子束轰击下）发光，利用空间混色法重现彩色。因此，彩色电视系统红、绿、蓝荧光粉发出的复合光（非谱色光）称为电视系统的三基色光，简称电视三基色或显像三基色。,2.,7,彩色电视中的三基色,显像三基色的选取要考虑两方面：,1.,所选的三基色能混配出尽量多的色彩，即在色度图中，由显像三基色所构成的三角形面积（重现色域）要尽可能的大,2.,荧光粉的发光效率要足够高，以获得有足够高的亮度的彩色图像。,2.7.1,显像三基色的选择,具体采用什么坐标位置的三基色，又完全取决于可以实际生产出怎样的基色荧光粉,2.显像三基色的选择从上个世纪五十年代初彩色电视创始至今，,随着荧光粉材料的改进，已规定过多套三基色荧光粉。,显像三基色单位量,的确定,亮度方程表式为:,Y=0.299R+0.587G+0.114B,亮度方程的物理意义:,在配色实验中，红、绿、蓝三路基色光信号按亮度方程加权求和，就得到用混配色的亮度信息。,两种彩色电视系统的重现色域,2.7.3,混色曲线,混配出单位辐射功率、波长为,的单色光所需的三色系数，,称为分布色系数,由实验得出,.,NTSC EBU,混色曲线特点,混色曲线上任一谱色光的 值中至少有一个为负值；,说明,显像三基色混配不出谱色光,蓝色曲线有正主瓣和负次瓣，,绿色曲线有一个正主瓣和两个负次瓣，,红色曲线有一个正主瓣、一个负次瓣、一个正次瓣。,2.7.4,麦克斯韦,（,Maxwell,）,计色三角形,（,1,）是等边三角形，顶点为三基色单位（,R,）（,G,）（,B,）,，从顶点到对应边垂线的长度规定为,1,。,（,2,）三角形内任一彩色点,到红、绿、蓝三顶点所对应的三边的距离分别为,r,、,g,、,b,，,表示该,彩色点的,三个相对色数；,（,3,）白色或灰色的位置在三角形的重心,W,坐标为,:r,g,b,1,3,，为白。,（,4,）按电视系统对饱和度定义，三角形周边的饱和度为,100%,因为在它们的相对色系数中有一个或两个为,0,。,