第1章 電視基礎(chǔ)知識(shí)

1、1第第1章章 電視基礎(chǔ)知識(shí)電視基礎(chǔ)知識(shí) 1.1 1.1 電子掃描電子掃描 1.1.1 1.1.1 像素的概念像素的概念 1.1.2 1.1.2 光電與電光轉(zhuǎn)換光電與電光轉(zhuǎn)換 1.1.3 1.1.3 電子掃描電子掃描1.2 1.2 黑白全電視信號(hào)黑白全電視信號(hào) 1.2.1 1.2.1 主體信號(hào)主體信號(hào)- -圖象信號(hào)圖象信號(hào) 1.2.2 1.2.2 輔助信號(hào)輔助信號(hào) 1.2.3 1.2.3 黑白全電視黑白全電視信號(hào)21.3 1.3 彩色的基本概念彩色的基本概念 1.3.1 1.3.1 彩色和光密不可分彩色和光密不可分 1.3.2 1.3.2 視覺(jué)特性視覺(jué)特性 1.3.3 1.3.3 彩色三要素和三

2、基色原理彩色三要素和三基色原理 1.3.4 1.3.4 計(jì)色制和色度圖計(jì)色制和色度圖 1.3.5 1.3.5 彩色圖象的攝取與重現(xiàn)彩色圖象的攝取與重現(xiàn) 1.3.6 1.3.6 系統(tǒng)分解力與圖像清晰度系統(tǒng)分解力與圖像清晰度31.1 電子掃描電子掃描 傳輸語(yǔ)音信號(hào)的無(wú)線電廣播,主要包括發(fā)射與接收兩大部分。在發(fā)端主要完成將語(yǔ)音變?yōu)殡娦盘?hào)(稱(chēng)音頻信號(hào)),并經(jīng)放大、調(diào)制,然后由天線以高頻電磁波形式發(fā)射出去。收端則正好相反,將收到的高頻電磁波經(jīng)高放、解調(diào)、音頻放大,最后送揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。圖11給出了無(wú)線電語(yǔ)音廣播原理圖。4圖11 無(wú)線電語(yǔ)音廣播原理圖 5電視廣播有開(kāi)路與閉路之分。開(kāi)路系統(tǒng)即無(wú)線電視廣播系統(tǒng)

3、,其原理與語(yǔ)音廣播類(lèi)似,但無(wú)論是發(fā)端還是收端,都遠(yuǎn)比語(yǔ)音廣播復(fù)雜。 閉路電視系統(tǒng)所不同的只是傳送電視信號(hào)由同軸電纜或光纖完成而已。6圖12 無(wú)線電視廣播系統(tǒng)原理方框圖攝像管完成光電轉(zhuǎn)換，將圖像信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)經(jīng)過(guò)放大等一系列加工處理。產(chǎn)生視頻信號(hào)，并將其調(diào)制在圖像載頻上。形成高頻圖像信號(hào)掃描電路控制電子束按一定時(shí)間和位置順序完成對(duì)一幅圖像的每個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換將音頻信號(hào)處理后，調(diào)制到伴音載頻上，形成高頻伴音信號(hào)將高頻伴音信號(hào)和高頻視頻信號(hào)合成后一同發(fā)射出去。將接收到的信號(hào)放大處理，分離伴音和視頻信號(hào)；同步信號(hào)提取等。色度、亮度信號(hào)分離，解碼，放大等。產(chǎn)生同步掃描控制信號(hào)，保證圖像正確重現(xiàn)。通過(guò)電光

4、轉(zhuǎn)換，完成圖像重現(xiàn)。音頻信號(hào)解調(diào)、放大等。7 1.1.1 像素的概念1.1.像素的概念像素的概念像素：組成一個(gè)畫(huà)面的細(xì)小單元稱(chēng)為像素，像素是空間也是時(shí)間的函數(shù)。像素的傳送具有以下兩個(gè)特點(diǎn): 第一是要求傳送速度快（傳送時(shí)間小于視覺(jué)暫留特性，約50200mS）。第二是傳送要準(zhǔn)確，表現(xiàn)在位置和時(shí)間上都要準(zhǔn)確。 2.2.幀的概念幀的概念一幅圖象的所有像素的總和叫一幀。把一幅圖象的所有像素都正確的傳送一遍叫幀處理。在電視系統(tǒng)中，傳送速度為25幀/秒。8 圖13 順序傳送像素示意圖 3.電子掃描的概念電子掃描的概念 將一幀中所有的像素，按順序轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（或逆過(guò)程）稱(chēng)為掃描。從左到右稱(chēng)為行掃描從上到下稱(chēng)為

5、場(chǎng)掃描（幀掃描）91.1.2 光電與電光變換 電視圖像的傳送,在發(fā)端是基于光電轉(zhuǎn)換器件,在收端是基于電光轉(zhuǎn)換器件。實(shí)現(xiàn)這兩種轉(zhuǎn)換的器件分別稱(chēng)為攝像管和顯像管。 1. 攝像管與光電轉(zhuǎn)換 圖14為光電導(dǎo)攝像管,屬電真空器件。它主要由鏡頭、光電靶、聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈組成。 光電靶是由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的，它的電阻率隨照射到上面的光強(qiáng)增大而減小，當(dāng)電子束按一定順序和時(shí)間掃描到每個(gè)象素時(shí)，就能獲得一副圖象的電信號(hào)。圖象亮度越高，輸出電壓越小。 圖15 是光電轉(zhuǎn)換原理示意圖 10 圖14 光電導(dǎo)攝像管 11 圖15 光電轉(zhuǎn)換原理示意圖 2. 顯像管與電光轉(zhuǎn)換 如圖16所示,在接收端重現(xiàn)圖像的是顯像管。顯像管也

6、是電真空器件,主要由電子槍、熒光屏、偏轉(zhuǎn)線圈等組成。12 這里需要說(shuō)明的是:對(duì)于攝像管來(lái)說(shuō),光電轉(zhuǎn)換特性可近似認(rèn)為是線性的;而顯像管電光轉(zhuǎn)換特性則是非線性的。顯像管的顯示亮度(以Bd表示),與其柵、陰極間電壓(以u(píng)gk表示)的次方成正比例,即:ddgkBK u(11) 圖16顯像管13 如果圖像信號(hào)由發(fā)送端傳到接收端的傳輸過(guò)程中未產(chǎn)生非線性失真,考慮到顯像管電光轉(zhuǎn)換的非線性,為保持重現(xiàn)圖像與原景像亮度成正比,則需在攝像端預(yù)先將圖像信號(hào)電壓開(kāi)次方,即：1/1/1/000uuKB(12) 1/0000()ddgkddBK uKuK K BKB(13) 式中,u0代表攝像電壓,B0為攝像亮度,K0為

7、比例常數(shù)。經(jīng)預(yù)失真校正(常稱(chēng)為校正),重現(xiàn)亮度Bd則為14 1.1.3 電子掃描 1. 逐行掃描 (1)電子束偏轉(zhuǎn)的基本原理。 在電視系統(tǒng)中,攝像管和顯像管的外面都裝有偏轉(zhuǎn)線圈,當(dāng)線圈中分別流過(guò)如圖17所示的行、場(chǎng)鋸齒波掃描電流時(shí)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的垂直方向與水平方向的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),在這兩個(gè)磁場(chǎng)的共同作用下,使電子束作水平與垂直方向的掃描運(yùn)動(dòng)。 由于在圖17所示的鋸齒波電流作用下,電子束產(chǎn)生自左向右、自上而下,一行緊挨一行的運(yùn)動(dòng),因而稱(chēng)其為逐行掃描。圖18 是在掃描電流作用下的光柵形狀15 圖17逐行掃描電流波形(a)行掃描電流波形; (b)場(chǎng)掃描電流波形 %8TT%18TTVVRHHR 場(chǎng)逆程系數(shù)：場(chǎng)

8、逆程系數(shù)：行逆程系數(shù)：行逆程系數(shù)：16 圖18 光柵形狀(a)只有行掃描; (b)只有場(chǎng)掃描; (c)行、場(chǎng)掃描同時(shí)存在 17 圖19 偏轉(zhuǎn)線圈結(jié)構(gòu)示意圖(a)行偏轉(zhuǎn)線圈; (b)場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈18 (2)掃描電流的非線性對(duì)顯示圖像的影響。 由于掃描電流的非線性，會(huì)帶來(lái)掃描速度隨時(shí)間變化，因此會(huì)使恢復(fù)圖象失真。如果是掃描電流幅度發(fā)生變化，也會(huì)使圖象失真。 圖110 掃描電流與重現(xiàn)圖像的關(guān)系(a)線性掃描,圖像無(wú)失真; (b)行掃描非線性,產(chǎn)生左伸、右縮的非線性失真; (c)場(chǎng)掃描非線性,產(chǎn)生上拉、下壓的非線性失真 19圖111掃描電流幅度不足時(shí)產(chǎn)生的失真 (a)行掃描幅度小; (b)場(chǎng)掃描幅度小2

9、0 2. 隔行掃描 在逐行掃描時(shí)，場(chǎng)頻等于幀頻，要使圖象無(wú)閃爍感，每秒必須傳送46.8場(chǎng)以上的圖象。我國(guó)規(guī)定場(chǎng)頻為50Hz，每幀為625行。理論分析得出，此時(shí)的電視圖象信號(hào)帶寬約為11MHz，這樣會(huì)使設(shè)備復(fù)雜、頻段利用率低、具有帶寬和清晰度之間的矛盾。 所謂隔行掃描,就是在每幀掃描行數(shù)仍為625行不變的情況下,將每幀圖像分為兩場(chǎng)來(lái)傳送,這兩場(chǎng)分別稱(chēng)為奇場(chǎng)和偶場(chǎng)。奇數(shù)場(chǎng)傳送1,3,5,奇數(shù)行;偶數(shù)場(chǎng)傳送2,4,6,偶數(shù)行。這樣，場(chǎng)頻仍為50Hz,幀頻為25Hz，但帶寬降低了一倍，為5.5MHz.21 圖112 隔行掃描光柵及電流波形(a)每幀光柵;(b)行掃描電流波形;(c)場(chǎng)掃描電流波形 22

10、 第一場(chǎng)(奇場(chǎng)),從左上角開(kāi)始按11,33,順序掃描,直到最下面的中點(diǎn)a為止,共計(jì) 5.5 行,完成了第一場(chǎng)正程掃描。 第二場(chǎng)(偶場(chǎng)),掃描從a點(diǎn)開(kāi)始,先完成第一場(chǎng)掃描留下的半行a11行的掃描,接著完成22,44,等偶數(shù)行的掃描。注意：為了實(shí)現(xiàn)奇場(chǎng)和偶場(chǎng)的光柵嵌套，每幀總行數(shù)必為奇數(shù)。當(dāng)圖象中如果有一行亮線時(shí)，會(huì)會(huì)出現(xiàn)行間閃爍?？赡艽嬖诓⑿鞋F(xiàn)象，使清晰度減低。當(dāng)圖象上有水平運(yùn)動(dòng)的物體速度很大時(shí)，由于相鄰行具有時(shí) 間差，因此會(huì)出現(xiàn)垂直邊沿的鋸齒化現(xiàn)象。23逐行掃描和隔行掃描對(duì)比：fv/Tvfz/TzfH/TH行數(shù)/幀行數(shù)/場(chǎng)視頻帶寬逐行掃描50Hz/20mS50Hz/20mS31250Hz/32

11、S62562511MHz隔行掃描50Hz/20mS25Hz/40mS15625Hz/64S625312.55.5MHz241.2 黑白全電視信號(hào)黑白全電視信號(hào) 1.2.1 主體信號(hào)圖像信號(hào) 1. 圖像信號(hào)及其特征 圖像信號(hào)是由攝像管將明暗不同的景像轉(zhuǎn)變而得的電信號(hào)。 由圖113可見(jiàn),圖像信號(hào)具有如下特征: (1)含直流,即圖像信號(hào)具有平均直流成分,其數(shù)值確定了圖像信號(hào)的背景亮度。 (2)對(duì)于一般活動(dòng)圖像,相鄰兩行或相鄰兩幀信號(hào)間具有較強(qiáng)的相關(guān)性,差別很小，可近似為周期信號(hào)。 25 圖113圖像信號(hào)(a)正極性亮度遞減信號(hào);(b)負(fù)極性亮度遞減信號(hào);(c)一般的負(fù)極性圖像信號(hào) 262. 圖像信號(hào)

12、的基本參量 亮度、對(duì)比度和灰度是電視圖像轉(zhuǎn)換中三個(gè)十分重要的參量。圖像質(zhì)量的好壞,可由它們給予完整的描述。 （1）所謂亮度,通常是指單位面積的光通量。它由圖象信號(hào)的直流分量來(lái)確定。 亮度常以B表示,光通量的單位是燭光(cd),亮度的單位是尼特(nit)或熙提(sb),它們之間的關(guān)系是: nit10sb1cm/cd1sb1m/cd1nit1422 27 （2）對(duì)比度是客觀景物最大亮度Bmax與最小亮度Bmin之比。當(dāng)以K表示對(duì)比度時(shí),有：maxminBKB(14) （3）灰度表示亮度級(jí)差和亮度層次。它反映所能重現(xiàn)圖象的明、暗程度。28 1.2.2 輔助信號(hào) 1.復(fù)合同步信號(hào) 電視系統(tǒng)中,收、發(fā)掃

13、描必須嚴(yán)格同步,即收、發(fā)掃描對(duì)應(yīng)的行、場(chǎng)起始和終止位置必須嚴(yán)格一致,否則就會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面失真或不穩(wěn)定現(xiàn)象。圖114(a)為發(fā)端圖像,圖(b)為相位不同步的情況。 圖114 相位不同步產(chǎn)生的失真(a)發(fā)端圖像; (b)收端失真圖像29 因此為了收發(fā)同步，發(fā)送端每掃完一行后在行逆程期間期內(nèi)加入一個(gè)寬度為4.7S的行同步脈沖,如圖115 (a)；每掃一場(chǎng)后在在場(chǎng)逆程期間期內(nèi)加入一個(gè)寬度為160S的場(chǎng)同步脈沖。接收端分離出這些同步信號(hào)，去控制掃描電流的周期和相位。通常將行、場(chǎng)同步信號(hào)合稱(chēng)為復(fù)合同步信號(hào)。圖-15(a)行同步和復(fù)合同步信號(hào)行同步信號(hào)；復(fù)合同步信號(hào)場(chǎng)同步寬度160S行消隱寬度行同步寬度302.

14、 復(fù)合消隱信號(hào) 在行、場(chǎng)掃描的逆程期間，在攝像管和顯像管中分別加入一個(gè)能使掃描電子束截止的行消隱脈沖與場(chǎng)消隱脈沖，其電平應(yīng)為黑色電平。二者合成為復(fù)合消隱信號(hào)，目的是清除回掃線 。如圖115 (b)圖-15(b) 復(fù)合消隱信號(hào)奇數(shù)場(chǎng)；偶數(shù)場(chǎng)1612 S 1612 S 31 圖115 (c)復(fù)合同步與復(fù)合消隱信號(hào)疊加波形 圖115 (c)是復(fù)合同步與復(fù)合消隱信號(hào)疊加后的波形32 圖116同步分離原理框圖及波形(a)分離電路原理圖; (b)各點(diǎn)波形槽脈沖3. 槽脈沖和均衡脈沖 圖115(a)告訴我們,行同步脈沖與場(chǎng)同步脈沖具有相同的幅度,不同的寬度,因而分離行、場(chǎng)同步脈沖的方法一般是借助于寬度分離電

15、路微分與積分電路的組合,如圖116所示33 從圖1-15可以看出，在場(chǎng)同步期間行同步信號(hào)中斷，這樣容易造成每場(chǎng)的開(kāi)始幾行不同步。因此要在場(chǎng)同步期間，加入槽脈沖，以保證脈沖的連續(xù)性。如圖1-17(a)所示。 由于隔行掃描時(shí)奇數(shù)場(chǎng)行同步脈沖與偶數(shù)場(chǎng)行同步脈沖的相位相差半個(gè)行周期，所以在用積分電路分離場(chǎng)同步信號(hào)時(shí)，造成積分器上的電壓不同，使得如果在一個(gè)固定的電平上產(chǎn)生場(chǎng)同步的話，必然帶來(lái)兩場(chǎng)同步時(shí)間上的差異，如圖1-17(b)所示。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在場(chǎng)同步信號(hào)前后的個(gè)2.5個(gè)行周期內(nèi)，將行同步信號(hào)周期提高一倍，而脈沖寬度減少為原來(lái)的一半。這些脈沖叫前均衡脈沖和后均衡脈沖，周期為T(mén)H/2,寬度為2.

16、35S.但槽脈沖的寬度仍為4.7S.如圖1-17(c)所示.34圖117 復(fù)合同步脈沖及積分結(jié)果(a)復(fù)合同步信號(hào);(b)積分輸出波形;35圖117 復(fù)合同步脈沖及積分結(jié)果(c)加有均衡脈沖的復(fù)合同步信號(hào);(d)加有均衡脈沖后的積分器輸出波形 前均衡后均衡36 1.2.3 黑白全電視信號(hào) 1.全電視信號(hào)波形 將以上介紹的圖像信號(hào)、復(fù)合同步、復(fù)合消隱、槽脈沖和均衡脈沖等疊加,即構(gòu)成黑白全電視信號(hào),通常也稱(chēng)其為視頻信號(hào),其波形如圖118所示。各脈沖的寬度和電平為： 行消隱： 12S 場(chǎng)消隱: 25TH+12S=25x64+12=1612S 行同步： 4.7S 場(chǎng)同步： 2.5TH=2.5x64=1

17、60S 槽脈沖： 4.7S 均衡脈沖：2.35S 同步信號(hào)電平為100%電平，黑電平和消隱電平為75%，白 色電平為10%12%，圖象信號(hào)電平在黑白電平之間。37 圖118 黑白全電視信號(hào) (a)奇數(shù)場(chǎng)信號(hào),(b)偶數(shù)場(chǎng)信號(hào)382.全電視信號(hào)的頻譜 全電視信號(hào)的頻譜,應(yīng)是它所包含的主體信號(hào)(圖像信號(hào))與輔助信號(hào)的頻譜之和。 圖119 圖像信號(hào)的頻譜 39 歸納起來(lái),圖像信號(hào)的頻譜具有如下特征: (1) 以行頻及其諧波為中心,組成梳齒狀的離散頻譜。(2) 隨著行頻諧波次數(shù)的增高,譜線幅度逐漸減小。(3) 實(shí)踐證明,無(wú)論是靜止或活動(dòng)圖像,圍繞行譜線分布的場(chǎng)頻諧波次數(shù)不大于20(即圖119中m20)

18、。按m = 20計(jì)算,各譜線群所占頻譜寬度僅為2mfv=22050 = 2kHz,相鄰兩主譜線間距為15.625kHz,可見(jiàn)各群譜線間存在著很大的空隙。(4)由于輔助信號(hào)為周期性矩形脈沖，頻譜與脈沖寬度有關(guān)。而且大部分能量集中在f = 3/以內(nèi)，如圖1-20 。比如對(duì)于行脈沖來(lái)說(shuō)， fmax3/ = 638KHz。因此結(jié)論出：全電視信號(hào)具有在06MHz范圍內(nèi)離散分布的束狀離散頻譜結(jié)構(gòu)。如圖1-19。40圖120 各輔助脈沖信號(hào)的頻譜 41圖121 全電視信號(hào)頻譜示意圖421.3 彩色的基本概念彩色的基本概念 1.3.1 彩色和光密不可分 圖122 電磁波波譜及可見(jiàn)光光譜 1.可見(jiàn)光的特性 光學(xué)

19、理論告訴我們,光是一種以電磁波形式存在的物質(zhì),人眼可以看見(jiàn)的光叫可見(jiàn)光,它是波長(zhǎng)范圍為380nm到780nm之間的電磁波,如圖122所示。 43 從電視角度看,可見(jiàn)光有如下特性: (1)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍有限,它只占整個(gè)電磁波波譜中極小的一部分。 (2)不同波長(zhǎng)的光呈現(xiàn)出的顏色各不相同,隨著波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短,呈現(xiàn)的顏色依次為:紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫,見(jiàn)圖122。(3)只含有單一波長(zhǎng)的光稱(chēng)為單色光;包含有兩種或兩種以上波長(zhǎng)的光稱(chēng)為復(fù)合光,復(fù)合光作用于人眼,呈現(xiàn)混合色。 (4)太陽(yáng)發(fā)出的白光中包含了所有的可見(jiàn)光,若把太陽(yáng)輻射的一束光投射到棱鏡上,太陽(yáng)光會(huì)經(jīng)過(guò)棱鏡分解成一組按紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫

20、順序排列的連續(xù)光譜,如圖123所示。 44圖123 太陽(yáng)光的棱鏡分解452. 物體的顏色 人們看到的顏色有兩種來(lái)源。 一種是發(fā)光體所發(fā)出光的顏色，另一種是物體反射或透射的顏色，物體所呈現(xiàn)的顏色與照射它的光源有關(guān)。3. 色溫和標(biāo)準(zhǔn)光源 (1)色溫的概念 色溫是以絕對(duì)黑體的加熱溫度來(lái)定義的。 按國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定，各標(biāo)準(zhǔn)白光源的特點(diǎn)如下: A光源:相當(dāng)于2800K鎢絲燈所發(fā)的光。 B光源:相當(dāng)于中午直射的太陽(yáng)光。 C光源:相當(dāng)于白天的自然光。 D光源:相當(dāng)于白天平均照明光。 E光源:是一種理想的等能量的白光源。 46圖124 標(biāo)準(zhǔn)白光源的光譜A光源:相當(dāng)于2800K鎢絲燈所發(fā)的光。色溫2

21、854KB光源:相當(dāng)于中午直射的太陽(yáng)光。色溫4800K C光源:相當(dāng)于白天的自然光。色溫6800K，是NTSC制標(biāo)準(zhǔn)白光源。 D光源:相當(dāng)于白天平均照明光。色溫6500K，PAL制電視標(biāo)準(zhǔn)白光源 E光源:是一種理想的等能量的白光源。色溫5500K471.3.2 視覺(jué)特性 在電視系統(tǒng)中，主要利用了人眼視覺(jué)的某些特性，如視覺(jué)惰性、分辨能力、視敏特性和彩色視覺(jué)。 1. 相對(duì)視敏曲線 物質(zhì)有選擇地吸收、反射或透射不同波長(zhǎng)的光,是物體固有的物理特性,它決定了該物體呈現(xiàn)的顏色;而人們感覺(jué)到光的亮度和光的顏色卻是人的眼睛的生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所造成的。同等波長(zhǎng)但強(qiáng)度不一樣，或強(qiáng)度一樣但波長(zhǎng)不同（E光源），人們感覺(jué)到

22、的亮度是不一樣的。圖1-25是人眼對(duì)E光源的相對(duì)視敏曲線。 48圖125 相對(duì)視敏曲線492. 人眼的亮度感覺(jué) 亮度感覺(jué),即包括人眼所能感覺(jué)到的最大亮度與最小亮度的差別及在不同環(huán)境亮度下對(duì)同一亮度所產(chǎn)生的主觀亮度感覺(jué)。 (1)人眼可以感覺(jué)到的亮度范圍（百分之幾nit幾百萬(wàn)nit）雖然相當(dāng)寬,但當(dāng)眼睛適應(yīng)于某一平均亮度后,能分辨的亮度范圍就比以主觀感覺(jué)“亮”與“暗”為界的范圍縮小了。 (2)在不同的環(huán)境亮度下,同樣的亮度,給人的主觀亮度感覺(jué)卻完全不同。 (3)當(dāng)人眼適應(yīng)于不同的平均亮度后,可分辨的亮度范圍也不相同。 因此得出：電視景象重現(xiàn)無(wú)需等于實(shí)際景象的亮度，只要保持重現(xiàn)圖象的對(duì)比度即可有逼真

23、的圖象。50 3. 人的彩色感覺(jué) 人眼視網(wǎng)膜存在大量形狀為桿狀和錐狀的光敏細(xì)胞。 桿狀細(xì)胞：靈敏度極高，低照度時(shí)明暗辨別能力很強(qiáng)，但對(duì)彩 色不敏感。 錐狀細(xì)胞可辨別明暗和色彩，分為三類(lèi),分別稱(chēng)為紅敏、綠敏和藍(lán)敏。如果某束光線只能引起某一種光敏細(xì)胞興奮,而另外兩種光敏細(xì)胞僅受到很微弱刺激,我們感覺(jué)到的便是某一種色光。如果三種細(xì)胞受光刺激程度不同，就會(huì)感覺(jué)到各種不同的顏色。這就是彩色電視系統(tǒng)攝取和還原彩色的基礎(chǔ)。 511.3.3 彩色三要素和三基色原理 1.彩色三要素 對(duì)于彩色光通?？捎闪炼?、色調(diào)和色飽和度三個(gè)物理量來(lái)描述,這三個(gè)量常被稱(chēng)為彩色三要素。亮度：彩色光作用于人眼引起明暗程度的感覺(jué)，用Y

24、表示。 色調(diào)：指彩色光的顏色類(lèi)別。飽和度：指顏色的深淺程度，即顏色的濃度?？稍谀撤N色調(diào)的光中加入白光來(lái)改變飽和度。色調(diào)和飽和度合稱(chēng)為色度522.三基色 紅色(Red)、綠色(Green)和藍(lán)色(Blue)稱(chēng)為三基色。 三基色原理： (1)三基色必須是相互獨(dú)立的,即其中任一種基色都不能由另外兩種基色混合而產(chǎn)生。 (2)自然界中的大多數(shù)顏色,都可以用三基色按一定比例混合得到。 (3)三個(gè)基色的混合比例,決定了混合色的色調(diào)和飽和度。 (4)混合色的亮度等于構(gòu)成該混合色的各個(gè)基色的亮度之和。 533. 混色方法 圖126 相加混色圓圖 如圖126所示。由圖可見(jiàn): 紅光+綠光=黃光 紅光+藍(lán)光=紫光(品

25、光) 綠光+藍(lán)光=青光 (15) 紅光+綠光+藍(lán)光=白光 54 實(shí)現(xiàn)混色還有如下幾種方法: (1) 空間混色法。 利用人對(duì)細(xì)節(jié)分辨差的特點(diǎn)，將三種基色光點(diǎn)充分靠近，而產(chǎn)生視覺(jué)混合后的顏色。 (2) 時(shí)間混色法。利用人的視覺(jué)特性，順序地讓三種基色光出現(xiàn)在同一表面的同一處，當(dāng)時(shí)間足夠短時(shí)，靠視覺(jué)特性感覺(jué)出混合顏色。 (3) 生理混色法。當(dāng)人的兩只眼睛分別觀看不同顏色的同一彩色景象時(shí)， 在大腦中產(chǎn)生相加混色。 55圖127 色度三角形4.色度三角形 三基色混合所產(chǎn)生的各種顏色,可以由色度三角形予以說(shuō)明,如圖127所示。561.3.4 計(jì)色制及色度圖 給定一種顏色，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以確定配出這種顏色的三基色

26、的混合比例。這種量度系統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)色制。 各種計(jì)色制對(duì)應(yīng)的彩色光色度平面圖稱(chēng)為色度圖。 1.配色實(shí)驗(yàn) 配色實(shí)驗(yàn)可通過(guò)比色來(lái)進(jìn)行,其示意圖如圖128所示。 圖128 配色實(shí)驗(yàn)示意圖 57 調(diào)節(jié)三基色光的強(qiáng)度，直到混合后的彩色與待配色完全一樣。從基色調(diào)節(jié)裝置上分別讀出各個(gè)基色的數(shù)量,由此可寫(xiě)出配色方程式為： F=R(R)+G(G)+B(B) (16) F 代表彩色量，R、G、B代表三基色調(diào)節(jié)器系數(shù)，(R)、(G)、(B)代表三基色單位量，其中紅波長(zhǎng)為700nm，綠波長(zhǎng)為546.1nm，藍(lán)波長(zhǎng)為435.8nm，1(R)=1 lm, 1(G)=4.5907 lm, 1(B)=0.060 lm。對(duì)于等能白光

27、,R=G=B=1,即： FE白=1(R)+1(G)+1(B) (17) 其光通量為： FE白=11+14.5907+10.0601=5.6508lm (18)58 2. 計(jì)色制及色度圖 (1) RGB計(jì)色制及其色度圖 以(R)、(G)、(B)為單位量,用配色方程進(jìn)行彩色量度和計(jì)算的系統(tǒng)稱(chēng)為RGB計(jì)色制。實(shí)際中,彩色的質(zhì)的區(qū)別決定于色調(diào)和飽和度,即色度。色度與三基色系數(shù)的比例有關(guān)。為此,引入三基色相對(duì)系數(shù)r、g、b。 令m=R+G+B,m稱(chēng)為色模，則r、g、b分別為：mBbmGgmRr ，(19) 因?yàn)镽、G、B三個(gè)色系數(shù)的比例關(guān)系與r、g、b的比例關(guān)系相同,所以它們都可以表示同一彩色的色度,且

28、： 1RGBrgbmmm(110) 59 由于r、g、b三者之和為1,所以只要知道其中兩個(gè)的值,就可由式(110)確定第三個(gè)的值。因此,只要選兩個(gè)三基色相對(duì)系數(shù),就可用二維坐標(biāo)表示各種彩色光的色度。RGB色度圖就是在rg直角坐標(biāo)系數(shù)中表示各種彩色光色度的平面圖,如圖129所示。譜色軌跡60 (2) XYZ計(jì)色制及其色度圖 XYZ計(jì)色制所選取的三基色單位量分別為(X)、(Y)、(Z)，它們不代表實(shí)際的彩色，也不能通過(guò)物理混色而得到，只能計(jì)算得出。計(jì)算三基色具有如下特點(diǎn): 可根據(jù)F=X(X)+Y(Y)+Z(Z)方程式配出實(shí)際顏色,且三 個(gè)色系數(shù)X、Y、Z均不為負(fù)。 規(guī)定系數(shù)Y在數(shù)值上等于彩色光的全

29、部亮度,合成光的色度仍由X、Y、Z三個(gè)系數(shù)的比值決定。 當(dāng)X=Y=Z時(shí),仍代表E白。 據(jù)以上各點(diǎn),可求出兩種計(jì)色制三基色單位量及三基色系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 (X)=0.4185(R)-0.0912(G)+0.0009(B) (Y)=-0.1578(R)+0.2524(G)+0.0025(B) (Z)=-0.0828(R)+0.0157(G)+0.1786(B(111)61 X=2.7690R+1.7518G+1.1300B Y=1.0000R+4.5907G+0.0601B Z=0.0000R+0.0565G+5.5943B (112) 類(lèi)似地,這里也引入三基色相對(duì)色系數(shù)x、y、z。 設(shè)X+Y

30、+Z=m,則x,y,z分別為: XxmYymZzm 雖然x+y+z=1,同樣x,y,z中只有兩個(gè)量是獨(dú)立的,故可在x-y平面直角坐標(biāo)系中描繪出圖130所示的XYZ色度圖,亦稱(chēng)CIE色度圖。 (113) 62 圖130 XYZ色度圖 該色度圖具有如下特點(diǎn)該色度圖具有如下特點(diǎn):舌形曲線全部位于第一象限舌形曲線全部位于第一象限,所有的單色光都位于舌形曲線所有的單色光都位于舌形曲線上上,舌形曲線稱(chēng)為譜色軌跡舌形曲線稱(chēng)為譜色軌跡,它們它們的飽和度均為的飽和度均為100%,曲線旁注有曲線旁注有單色光波長(zhǎng)值。單色光波長(zhǎng)值。 舌形曲線上任一點(diǎn)與舌形曲線上任一點(diǎn)與E白白點(diǎn)的點(diǎn)的連線稱(chēng)為等色調(diào)線。連線稱(chēng)為等色調(diào)線

31、。 不在同一等色調(diào)線上的任意不在同一等色調(diào)線上的任意兩點(diǎn)兩點(diǎn),表示了兩種不同的顏色表示了兩種不同的顏色,由由這兩種顏色組成的全部混合色這兩種顏色組成的全部混合色都處在這兩點(diǎn)的連線上。都處在這兩點(diǎn)的連線上。 飽和度相同的彩色所對(duì)應(yīng)的飽和度相同的彩色所對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)的連線稱(chēng)為等飽和度線各點(diǎn)的連線稱(chēng)為等飽和度線,見(jiàn)見(jiàn)圖中所注。圖中所注。 在譜色曲線內(nèi)任取三點(diǎn)對(duì)應(yīng)在譜色曲線內(nèi)任取三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彩色作基色的彩色作基色(例如例如,圖中圖中R1、G1、B1),則由此三基色混合而成的所則由此三基色混合而成的所有彩色都包含在以這三點(diǎn)為頂有彩色都包含在以這三點(diǎn)為頂點(diǎn)的三角形內(nèi)點(diǎn)的三角形內(nèi)63 3. 亮度方程 在XYZ計(jì)色

32、制中,只有Y代表亮度,故可方便地給出彩色亮度與三基色的關(guān)系式,由式(112)可知, Y=1.0000R+4.5907G+0.0601B (114) 以C白光為標(biāo)準(zhǔn)白光源的NTSC制彩電制式,其亮度方程為： YN=0.229RN+0.587GN+0.114BN (115) 以D65光為標(biāo)準(zhǔn)白光源的PAL制彩電制式,其亮度方程式為： YP=0.222RP+0.707GP+0.071BP (116) 為了書(shū)寫(xiě)方便,一般應(yīng)用中,略去顯像三基色系數(shù)下標(biāo),并被近似地寫(xiě)為： Y=0.3R+0.59G+0.11B (117)64 1.3.5 彩色圖像的攝取與重現(xiàn) 1.彩色圖像的攝取 由三基色原理知,要實(shí)現(xiàn)彩色電視發(fā)送,較實(shí)用的方法就是首先要將一幅彩色圖像分解為紅、綠、藍(lán)三幅基色圖像,以獲得三基色信號(hào)電壓R、G、B(系ER、EG、EB的簡(jiǎn)化寫(xiě)法)。 三種基色光,分別由三個(gè)黑白攝像管進(jìn)行光電變換,攝像管本身并無(wú)辨色能力,它只能辨別亮度,色度則由三者的比例關(guān)系決定。 65圖131 彩色畫(huà)面的分解66 圖132 基色圖像及基色信號(hào) (a)被攝彩條圖像;(b)紅基色圖像; (b)紅基色電信號(hào);(c)綠基色圖像; (c)綠基色電信號(hào)