第1章視覺(jué)特性與三基色原理

電視原理天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院內(nèi)容簡(jiǎn)介本課程是電子信息類電子信息工程、通信工程和相近專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)主干課程，目的是使學(xué)生掌握電視系統(tǒng)的基本原理，因?yàn)樗菍I(yè)課程專業(yè)知識(shí)的綜合體現(xiàn)。本課程對(duì)電視系統(tǒng)從基本原理、圖像攝取、處理、傳輸、存儲(chǔ)、重現(xiàn)，以及所涉及的視覺(jué)特性、三基色原理與計(jì)色制、電視傳像基本原理、彩色電視制式、電視信號(hào)的形成、處理與錄放、電視信號(hào)接收原理、電視信號(hào)數(shù)字處理原理和數(shù)字電視系統(tǒng)原理做較為系統(tǒng)的分析。TianjinUniversity教材與參考書目教材 《電視原理》（高等學(xué)校電子信息類規(guī)劃教材） 俞斯樂(lè)等國(guó)防工業(yè)出版社第6版2005年參考書目 1、《電視原理實(shí)驗(yàn)》國(guó)防工業(yè)出版社 2、《數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ)》惠新標(biāo)、鄭志航編著 電子工業(yè)出版社 3、《數(shù)字電視原理》盧官明等編機(jī)械工業(yè)出版社 4、《數(shù)字視頻技術(shù)及其應(yīng)用》黎洪松清華大學(xué)出版社

TianjinUniversity作業(yè)與實(shí)驗(yàn)要求作業(yè)與實(shí)驗(yàn)要求： 1、完成規(guī)定課堂作業(yè)。 2、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。TianjinUniversity電視的誕生電視的誕生，是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。1925年，蘇格蘭發(fā)明家約翰.洛吉.貝爾德用自行裝置的機(jī)械電視設(shè)備，第一次將移動(dòng)的圖像傳向遠(yuǎn)處的接收機(jī)現(xiàn)場(chǎng)。TianjinUniversity1925年10月2日，位于倫敦一間頂樓的臨時(shí)實(shí)驗(yàn)室里，貝爾德用攝像機(jī)掃描了一個(gè)木偶的頭部。他欣喜地發(fā)現(xiàn)，木偶的頭部被閃爍不定地復(fù)制在他安置于另一間屋子的熒屏上。于是，他飛快地跑出實(shí)驗(yàn)室，臨時(shí)雇了一個(gè)小伙計(jì)坐在他的攝像機(jī)前，重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)。這位名叫威廉.泰因頓的年輕小伙子幸運(yùn)地成為歷史上第一個(gè)出現(xiàn)在電視上的人。

TianjinUniversityTianjinUniversity1926年1月，貝爾德在倫敦皇家科學(xué)研究所首次示范電視技術(shù)。TianjinUniversity最早的電視廣播最早的電視廣播于1929年在倫敦開(kāi)播，使用了約翰·洛吉·貝爾德建造的系統(tǒng)。畫面引起了一陣轟動(dòng)，但它們一點(diǎn)兒也不像現(xiàn)代的電視廣播?，F(xiàn)代彩色電視畫面是由500至1000條以上的掃描線組合起來(lái)的。貝爾德的畫面只有30條掃描線，并且是黑白兩種顏色，這使得畫面非常模糊。世界上最早的電視臺(tái)是1936年11月2日在倫敦郊外亞歷山大宮建立的大眾電視臺(tái)。我國(guó)第一座電視臺(tái)是1958年5月1日試運(yùn)行的北京電視臺(tái)，也就是現(xiàn)在的中央電視臺(tái)。

TianjinUniversity電視技術(shù)的發(fā)展電視技術(shù)本身：第一代——黑白電視（20世紀(jì)20年代）第二代——彩色電視（20世紀(jì)40年代）第三代——高清晰度電視（20世紀(jì)80年代）TianjinUniversity信號(hào)處理技術(shù)：第一代——模擬電視第二代——數(shù)字處理電視第三代——數(shù)字電視電路工藝：第一代——電子管第二代——晶體管第三代——大規(guī)模集成電路TianjinUniversity傳輸媒介：?jiǎn)我坏牡孛嫖⒉〝U(kuò)充到電纜、衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線移動(dòng)功能覆蓋：?jiǎn)我坏幕顒?dòng)圖像廣播擴(kuò)充到數(shù)據(jù)廣播、視頻點(diǎn)播、收費(fèi)電視、立體電視、多視點(diǎn)視頻等TianjinUniversity電視技術(shù)的特點(diǎn)：快速發(fā)展模擬、數(shù)字電視并存各種制式群雄并起各類設(shè)備爭(zhēng)奇斗艷多學(xué)科綜合的、代表性的電子信息工程 （物理學(xué)、生理學(xué)、數(shù)學(xué)、電子電路、計(jì)算機(jī)、 信號(hào)處理、通信技術(shù)）深入日常生活，可見(jiàn)可感構(gòu)思奇巧、實(shí)現(xiàn)精到有助于實(shí)現(xiàn)知識(shí)的貫穿和系統(tǒng)概念的建立TianjinUniversity天津大學(xué)電子信息工程專業(yè)以電視技術(shù)為特色

20世紀(jì)70年代參加全國(guó)電視會(huì)戰(zhàn)1979年創(chuàng)建了天津大學(xué)電視研究室（現(xiàn)為天津大學(xué)電視與圖像信息研究所），是中國(guó)高校中唯一經(jīng)國(guó)家教育部批準(zhǔn)設(shè)立的從事這一領(lǐng)域研究的科研單位。1980年代“Ф91mm鉆孔彩色電視設(shè)備”獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，“電視多工廣播”獲國(guó)家教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，“彩色電視屏幕墻系統(tǒng)”獲機(jī)電部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)“數(shù)字HDTV/TV頻帶壓縮編解碼技術(shù)”，被電子部評(píng)為電子行業(yè)“八五”國(guó)家科技攻關(guān)重大成果。“HDTV信源解碼器”的研制任務(wù)，被國(guó)家計(jì)委、科技部等評(píng)為“九五”國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)重大成果?！皵?shù)字高清晰度電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備”2002年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)及上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)?！皵?shù)字高清晰度電視機(jī)頂盒技術(shù)”2003年獲天津市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。出版了我國(guó)電視技術(shù)領(lǐng)域的首部專著《電視原理》，作為全國(guó)統(tǒng)編教材目前已修編了6版，獲電子部全國(guó)工科電子類專業(yè)優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。TianjinUniversity電視：根據(jù)人眼視覺(jué)特性以一定的信號(hào)形式實(shí)時(shí)傳送活動(dòng)景物圖像的技術(shù)。電視攝像機(jī)（光電轉(zhuǎn)換）景物處理設(shè)備傳輸信道接收設(shè)備電視顯示器（電光轉(zhuǎn)換）觀看者第1章視覺(jué)特性與三基色原理TianjinUniversity電視技術(shù)的精髓就是研究如何用最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法使重現(xiàn)光像能夠使人感到最逼真地模擬實(shí)際景物的光像。電視使人人都是千里眼、順風(fēng)耳，人人不出屋，便見(jiàn)天下物?！半姟薄耙暋鳖櫭剂x是物理學(xué)與生理學(xué)結(jié)合的科學(xué)。為使使重現(xiàn)光像逼真地模擬實(shí)際景物的光像必須首先了解光特性，了解人對(duì)光像的感覺(jué)特性。TianjinUniversity

§1.1光的特性1.1.1電磁輻射與可見(jiàn)光譜780nm380nm可見(jiàn)光TianjinUniversity1.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

3.只含有單一波長(zhǎng)的光稱為單色光；包含有兩種或兩種以上波長(zhǎng)的光稱為復(fù)合光，復(fù)合光作用于人眼，呈現(xiàn)混合色。太陽(yáng)輻射的光含有各種單色光的波譜，給人以白光的綜合感覺(jué)。TianjinUniversity4.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)、紫順序排列的連續(xù)光譜，被分解之后的色光，若再次經(jīng)過(guò)棱鏡，就不能再分解了，這種單一波長(zhǎng)的色光稱譜色光。TianjinUniversity太陽(yáng)光譜輻射大部分為可見(jiàn)光，人恰恰對(duì)這部分電磁輻射敏感。電視不但可以把視線不可及的景物變成可及的，還可以把視力不可見(jiàn)的變成可見(jiàn)的，如紅外電視和紫外電視。為了真實(shí)重現(xiàn)彩色景物需要研究光源。光源包括太陽(yáng)光和人造光源。彩色感覺(jué)是人眼主觀視覺(jué)功能和物體、光源屬性等客觀條件結(jié)合的產(chǎn)物。同一物體在不同光源下可呈現(xiàn)不同的彩色。TianjinUniversity

1.1.2光源一、色溫的概念 ——定量地描述光源所發(fā)出的白光的品位。

絕對(duì)黑體——指既不反射也不透射而完全吸收入射波的理想物體。

色溫——當(dāng)絕對(duì)黑體在某一特定絕對(duì)溫度下，其輻射的相對(duì)光譜功率分布與某一光源的光譜相同時(shí)，則絕對(duì)黑體的這一特定溫度就定義為該光源的色溫，單位是開(kāi)（K）。TianjinUniversity1.1.2光源二、標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)照明體代表模擬A色溫于2856K完全輻射體的光近日出或日落時(shí)之日光B色溫約4874K的直射陽(yáng)光近正午之陽(yáng)光C色溫約6740K的平均日光相似北方45度仰角之日光D50色溫約5000K的日光印刷工藝用之標(biāo)準(zhǔn)光D65色溫約6504K的日光平均太陽(yáng)光D75色溫約7500K的日光相似北方天空之日光TianjinUniversity標(biāo)準(zhǔn)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）

TianjinUniversity1.2.1眼睛的構(gòu)造

§1.2人眼的視覺(jué)特性TianjinUniversity人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色的感知可歸納出如下幾個(gè)特性：眼睛可類比于一個(gè)攝像機(jī)。人的視網(wǎng)膜通過(guò)神經(jīng)元來(lái)感知外部世界的顏色。每個(gè)神經(jīng)元或者是一個(gè)對(duì)亮度和顏色敏感的錐體細(xì)胞，或者是一個(gè)只對(duì)亮度敏感而對(duì)顏色不敏感的桿體細(xì)胞。TianjinUniversity1.2.2光的度量1.光譜光視效率光的度量是指用人眼的視覺(jué)度量光。視覺(jué)效應(yīng)是由可見(jiàn)光刺激人眼引起的。如果光的輻射功率相同而波長(zhǎng)不同，則引起的視覺(jué)效果也不同，不僅顏色感覺(jué)不同，而且亮度感覺(jué)也不同。在產(chǎn)生相同亮度感覺(jué)的情況下，測(cè)出各種波長(zhǎng)光的輻射功率Ф(λ)，則： 光譜光視效能：K(λ)=

1/Ф(λ)

用來(lái)衡量視覺(jué)對(duì)波長(zhǎng)為λ的光的敏感程度。TianjinUniversity當(dāng)λ=555nm時(shí)，有最大的光譜光視效能：Km=K(555)

任意波長(zhǎng)光的光譜光視效能K(λ)與Km之比稱為 光譜光視效率（相對(duì)視敏度），用函數(shù)V(λ)表示：

V(λ)=K(λ）/Km

V(λ)也可用得到相同主觀亮度感覺(jué)時(shí)所需各波長(zhǎng)光的輻射功率Ф(λ）表示：

V(λ)=Ф（555）/Ф(λ)TianjinUniversity明視覺(jué)暗視覺(jué)1933年國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）測(cè)得的

明視覺(jué)與暗視覺(jué)的光譜光視效率曲線TianjinUniversity2.光度學(xué)中幾個(gè)度量單位發(fā)光強(qiáng)度I，單位是cd，讀作坎德拉 光源在給定方向上發(fā)出波長(zhǎng)555nm的單色輻射，且在此方向上的輻射功率為（1/683）W/sr，則稱該光源在此方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd。 cd是國(guó)際單位制（米.千克.秒制）的一個(gè)基本單位。TianjinUniversity光通量Φ：?jiǎn)挝皇莑m,讀作流明按人眼光感覺(jué)度量的輻射功率。1流明等于發(fā)光強(qiáng)度為1

cd的點(diǎn)光源，在1球面度立體角內(nèi)發(fā)射的光通量。1

lm=1

cd·sr波長(zhǎng)555nm的單色光輻射功率為φ(555)=1W時(shí)產(chǎn)生的光通量為1光瓦。 根據(jù)坎德拉的定義，1光瓦=683流明波長(zhǎng)λ的單色光輻射功率為φ(λ)瓦時(shí)，相當(dāng)于波長(zhǎng)555nm的單色光輻射功率為φ(λ)V(λ)瓦，光通量為φ(λ)V(λ)光瓦，或683φ(λ)V(λ)流明。TianjinUniversity非單一波長(zhǎng)的光源，其發(fā)出之光通量，是它在各波長(zhǎng)范圍所發(fā)出的光通量總和。對(duì)于N個(gè)單色光λ1、λ2、…λN組成的光源，

NΦ=683Σφ(λi)V(λi)[lm]i=1

對(duì)于具有連續(xù)光譜功率分布密度φe(λ)的光源，

Φ=683∫φ(λ)V(λ)dλ

[lm]TianjinUniversity亮度L:單位是cd/m2，讀作坎/米2 亮度表示發(fā)光面的明亮程度。 （同樣的發(fā)光強(qiáng)度面積越小亮度越大）照度E：?jiǎn)挝皇莑x,讀作勒克斯 照度表示物體表面受到光照射時(shí)，單位面積上入射的光通量。1勒克司等于每平方米上有1流明的光通量。1lx=1lm/m2 （同樣的光通量面積越小光照度越大）TianjinUniversity

1.2.3亮度、彩色與立體視覺(jué)1.明暗視覺(jué)亮環(huán)境下錐體細(xì)胞、桿體細(xì)胞共同起作用，分辨明暗、彩色，稱為明視覺(jué)。暗環(huán)境下只有桿體細(xì)胞起作用，只能分辨明暗，稱為暗視覺(jué)。暗視覺(jué)比明視覺(jué)的相對(duì)視敏度曲線偏左。TianjinUniversity2.彩色視覺(jué)彩色光的三個(gè)基本參量(彩色三要素)：（1）亮度——光作用于人眼所引起的明亮程度的感覺(jué)。（2）色調(diào)——表示顏色的種類。（3）飽和度——表示顏色的深淺程度。即彩色的 純度，摻入白色的程度。色度——色調(diào)和飽和度又合稱為色度。色度既說(shuō)明彩色的類別，又說(shuō)明彩色的深淺程度。亮度取決于人眼感覺(jué)的光功率的大小。 色調(diào)取決于進(jìn)入人眼的光的波長(zhǎng)。 飽和度取決于純色光中混入白光的程度。TianjinUniversityHSL彩色模型TianjinUniversity3.立體視覺(jué)雙眼立體視覺(jué)：兩眼相距約58-72mm,兩眼視物相當(dāng)于從不同角度看物體，物體融合為立體圖像。形成雙眼立體視覺(jué)的主要因素是視差和輻輳。TianjinUniversity1.2.4眼睛的視覺(jué)范圍與視亮度人眼能感覺(jué)的絕對(duì)亮度范圍與在適應(yīng)了某一環(huán)境平均亮度下的亮度范圍不同。前者為1億比1，后者為1千比1。視亮度——在一定背景亮度環(huán)境下人的主觀亮度感覺(jué)。費(fèi)涅爾系數(shù)

ξ=ΔLmin/L ΔLmin稱為可見(jiàn)度閾值。視亮度S=klgL+k0（韋伯-費(fèi)涅爾定律）ξ、k、k0在一定背景亮度環(huán)境下為常數(shù)

，不同的背景亮度環(huán)境有所不同。TianjinUniversity錐體細(xì)胞在3cd/m2 時(shí)最靈敏桿體細(xì)胞在10-3cd/m2 時(shí)最靈敏背景亮度環(huán)境很低或很高時(shí)，ξ較大， 視亮度不敏感2002200TianjinUniversity圖像中最大亮度Lmax與最小亮度Lmin的比值C稱為 對(duì)比度。C=Lmax/Lmin 例：實(shí)際傳送的景物亮度200-20000cd/m2，電視屏幕亮度2-200cd/m2，兩者對(duì)比度都為100重現(xiàn)景物的亮度范圍無(wú)需與實(shí)際景物的相等，只需保持二者的對(duì)比度相同。人眼不能覺(jué)察的亮度差別無(wú)需精確復(fù)制。TianjinUniversity視覺(jué)掩蓋效應(yīng)：在空間不均勻背景中，可見(jiàn)度閾值將會(huì)增大，這種現(xiàn)象稱為視覺(jué)掩蓋效應(yīng)。在圖像邊緣處可以粗量化?？梢?jiàn)度閾值對(duì)比度2.75對(duì)比度8.7對(duì)比度27.5背景階躍變化對(duì)比度TianjinUniversity1.2.5人眼的分辨力與空間頻率響應(yīng)1.黑白細(xì)節(jié)分辨力

視敏角(分辨角)θ——觀測(cè)點(diǎn)（眼睛所在點(diǎn)）與人眼能分辨的相距最近的兩個(gè)點(diǎn)所形成的夾角。 正常人的視敏角θ≈1～1.5分 人眼的分辨力——視敏角θ的倒數(shù)TianjinUniversityd/（2πD）=θ/360*60θ=3438*d/D分辨力與觀看位置、照明強(qiáng)度、景物相對(duì)對(duì)比度、物體運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。人眼相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器。M條紋Ddθ

HTianjinUniversity2.彩色細(xì)節(jié)分辨力人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨力遠(yuǎn)比對(duì)黑白細(xì)節(jié)的分辨力低。彩色電視系統(tǒng)傳送彩色圖像時(shí)，細(xì)節(jié)部分只傳送黑白圖像?！竺娣e著色原理背景顏色白紅藍(lán)斑點(diǎn)顏色黑.綠.綠.可分辨的斑點(diǎn)直徑1mm2.5mm5mm細(xì)節(jié)色別黑白黑綠黑紅黑藍(lán)綠紅紅藍(lán)綠藍(lán)分辨力100%94%90%26%40%23%19%TianjinUniversity

3.彩色色調(diào)分辨力人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的色調(diào)感覺(jué)。人眼能分辨出色調(diào)差別的最小波長(zhǎng)變化稱為色調(diào)分辨閾，色調(diào)分辨力與色調(diào)分辨閾成反比。色調(diào)分辨力隨波長(zhǎng)變化而改變，480～640nm

區(qū)間色光的色調(diào)分辨力較高。飽和度變小時(shí)，人眼的色調(diào)分辨力下降。亮度太大或太小時(shí)，人眼的色調(diào)分辨力下降。TianjinUniversity4.彩色飽和度分辨力視覺(jué)所能分辨的色光飽和度由100%到0變化的等級(jí)數(shù)稱為彩色飽和度分辨力。彩色飽和度分辨力隨波長(zhǎng)變化而改變。數(shù)值在

4～25之間。紅色、藍(lán)色區(qū)域飽和度分辨力較高。TianjinUniversity

1.2.6視覺(jué)惰性與閃爍感覺(jué)當(dāng)有光脈沖刺激人眼時(shí)，視覺(jué)的建立和消失都需要一定的過(guò)程，光源消失以后，景物影像會(huì)在視覺(jué)中保留一段時(shí)間，稱為視覺(jué)惰性。視覺(jué)暫留時(shí)間在

0.05～0.2秒TianjinUniversity若電視畫面間歇性重復(fù)呈現(xiàn)，只要重復(fù)頻率為50Hz左右，視覺(jué)上就有很好的連續(xù)畫面的感覺(jué)。不引起閃爍感覺(jué)的光脈沖最低重復(fù)頻率稱為臨界閃爍頻率。人眼在不同亮度下視亮度與作用時(shí)間的關(guān)系TianjinUniversity10HZ30HZ50HZ閃爍演示TianjinUniversity1.3.1三基色原理人的色彩視覺(jué)假說(shuō)——視網(wǎng)膜上的錐體細(xì)胞有三種類型：紅光敏細(xì)胞、綠光敏細(xì)胞和藍(lán)光敏細(xì)胞。紅、綠、藍(lán)三種光敏細(xì)胞對(duì)不同頻率的光的感知程度不同，具有各自的視敏度函數(shù)VR(λ)、VG(λ)和VB(λ)（圖1-8）。相對(duì)視敏度函數(shù)：

V(λ)=VR(λ)+VG(λ)+VB(λ)設(shè)某彩色光的功率分布為Φe(λ)，對(duì)應(yīng)三種光敏細(xì)胞有三個(gè)光通量：

ΦR=∫φe(λ)VR(λ)dλ

ΦG=∫φe(λ)VG(λ)dλ

ΦB=∫φe(λ)VB(λ)dλ總光通量 Φ=ΦR+ΦG+ΦB

§1.3三基色原理與色度圖TianjinUniversity人對(duì)該彩色光的亮度感覺(jué)決定于總光通量Φ，人對(duì)該彩色光的色度感覺(jué)決定于ΦR、ΦG、ΦB之間的比例。彩色重現(xiàn)并不要求恢復(fù)景物的原始光譜成分，只需獲得與原景物相同的彩色感覺(jué)。具有不同光譜功率分布的光，只要ΦR、ΦG、ΦB相同,則它們的色彩視覺(jué)完全等效。TianjinUniversity三基色原理：適當(dāng)選擇三種基色，它們相互獨(dú)立，其中任一色均不能由其它二色混合產(chǎn)生。它們又是完備的，即所有其它顏色都可以由這三種基色按不同的比例組合而得到。三基色原理對(duì)于彩色電視的重要性：把傳送無(wú)數(shù)彩色的任務(wù)簡(jiǎn)化為傳送三個(gè)基色信號(hào)。兩種基色系統(tǒng)

相加混色：紅、綠、藍(lán)—用于電視系統(tǒng)

相減混色：青、品、黃—用于彩色印刷、彩色膠片和繪畫TianjinUniversity相加混色相減混色TianjinUniversity兩種原色混合＝次色兩種原色的補(bǔ)色次色＋補(bǔ)色＝白色CYMRGBTianjinUniversity混色方法：時(shí)間混色法：將三種基色光按一定的順序輪流投射到同一個(gè)表面上。是順序制彩色電視的基礎(chǔ)?？臻g混色法：將三種基色光分別投射到同一個(gè)表面上鄰近的三個(gè)點(diǎn)上。是同時(shí)制彩色電視的基礎(chǔ)。生理混色法：兩只眼睛同時(shí)分別觀看兩種不同顏色的同一幅圖像。TianjinUniversity1.3.2RGB色度系統(tǒng)配色實(shí)驗(yàn)1931年CIE規(guī)定：波長(zhǎng)為700nm， 為紅基色光R。波長(zhǎng)為546.1nm，為綠基色光G。波長(zhǎng)為435.8nm，為藍(lán)基色光B。TianjinUniversity1.配色實(shí)驗(yàn)1.3.2RGB色度系統(tǒng)TianjinUniversity為使等量的三個(gè)基色光能配出標(biāo)準(zhǔn)白光，規(guī)定了紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色單位，并分別用〔R〕、〔G〕、〔B〕表示。光量調(diào)節(jié)器也按基色單位進(jìn)行刻度，當(dāng)三個(gè)基色光量刻度分別為1〔R〕、1〔G〕、1〔B〕時(shí)，配出等能白光E白配得等能白光E白，測(cè)得三基色光通量的比例為：1：4.5907：0.0601TianjinUniversity

2.顏色方程與三刺激值等能白光的顏色方程：FE白＝1［R］＋1［G］＋1［B］任意彩色光F的顏色方程：

F＝R［R］＋G［G］＋B［B］其中：R、G、B稱為三刺激值取1［R］的光通量為1流明，則

光通量(亮度)方程：

│F│＝(R＋4.5907G＋0.0601B)lm光譜三刺激值：配出單位輻射功率、波長(zhǎng)為λ的單色光的三刺激值該單色光顏色方程：TianjinUniversityRGB制混色曲線TianjinUniversity具有任意功率分布Φe(λ)的彩色光F的三刺激值計(jì)算：連續(xù)分布：離散分布：TianjinUniversityRGB色度圖色度（色調(diào)、飽和度）只與三刺激值的比例有關(guān)。令：R+G+B=m

m稱為色模，代表某彩色光所含三基色單位的總量。則用色模歸一化的三刺激值：

r=R/m

g=G/m

b=B/m

r、g、b稱為色度坐標(biāo)且有：r+g+b=1TianjinUniversity顏色方程、亮度方程為：

F=m{r[R]+g[G]+b[B]} |F|=m（r+4.5907g+0.0601b）r、g、b是三基色單位總量為1時(shí)的三刺激值。r、g、b的比例關(guān)系與R、G、B的比例關(guān)系相同，都可表示同一彩色的色度。只要知道r、g、b其中的二個(gè)，就可確定第三個(gè)，所以可用二維坐標(biāo)來(lái)表示各種彩色的色度。將彩色的色度用r-g二維坐標(biāo)圖顯示——色度圖。TianjinUniversityRGB色度圖[R]的色度坐標(biāo)（1，0，0）[G]的色度坐標(biāo)（0，1，0）[B]的色度坐標(biāo)（0，0，1）[E白]的色度坐標(biāo)（1/3，1/3，1/3）以[R]、[G]、[B]為頂點(diǎn)的三角形稱為彩色三角形由譜色光的色度坐標(biāo)連成的舌形曲線稱為譜色軌跡，實(shí)色都在譜色軌跡內(nèi)坐標(biāo)越靠近譜色軌跡飽和度越高，越靠近[E白]飽和度越低TianjinUniversity由三基色相加混合配出的各種彩色都在彩色三角形內(nèi)為使隱含的b坐標(biāo)顯現(xiàn)出來(lái)，可利用麥克斯韋計(jì)色三角形等邊三角形頂點(diǎn)到對(duì)邊垂線的長(zhǎng)度為1三個(gè)頂點(diǎn)分別代表[R]、[G]、[B]三角形內(nèi)任意點(diǎn)F對(duì)應(yīng)的彩色坐標(biāo)r、g、b為到[R]、[G]、[B]對(duì)邊的距離r+g+b=1[E白]在三角形的重心，穿過(guò)[E白]的任意直線連接的三角形上的兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)互補(bǔ)色[R][G][B]品黃青rgbE白FTianjinUniversityRGB計(jì)色制存在的問(wèn)題：

用物理三基色[R][G][B]計(jì)色時(shí)出現(xiàn)負(fù)系數(shù)。 負(fù)系數(shù)代表負(fù)光，表示用[R][G][B]三基色相加混合配不出此種顏色的光。RGB色度圖只表示色度，不表示亮度，需用公式再計(jì)算亮度。譜色的坐標(biāo)不全在第Ⅰ象限，作圖不方便。

為克服RGB計(jì)色制的缺點(diǎn)，CIE委員會(huì)制訂了新的計(jì)色制——XYZ計(jì)色制即CIE制。TianjinUniversity

1.3.3XYZ色度系統(tǒng)顏色方程

F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]三基色單位[X]、[Y]、[Z]的確定:對(duì)于任何實(shí)色光，三刺激值X、Y、Z值均為正，即全部在第Ⅰ象限。為便于計(jì)算亮度，要求彩色光的亮度僅由Y[Y]項(xiàng)決定。同時(shí)規(guī)定1[Y]的光通量為1流明。X、Y、Z的比例仍決定彩色光的色度，當(dāng)X=Y=Z時(shí)，仍代表等能白光E白。XYZ色度系統(tǒng)是目前常用的色度系統(tǒng)，XYZ基色的選擇只是計(jì)算中應(yīng)用的、假想的，并不是自然界中實(shí)際存在的，所以又叫計(jì)算三基色。TianjinUniversity

根據(jù)以上規(guī)定，找出[X]、[Y]、[Z]在RGB色度圖中的位置TianjinUniversity直線[X]—[Z]為零亮度線：r+4.5907g+0.0601b=0又：r+g+b=1，得：0.9399r+4.5306g+0.0601=0直線[X]—[Y]經(jīng)過(guò)700nm和640nm譜色點(diǎn)得直線方程：r+0.99g-1=0直線[Y]—[Z]的選擇自由性較大，CIE規(guī)定直線：1.45r+0.55g+1=0求得三直線交點(diǎn)[X]、[Y]、[Z]的坐標(biāo)：rgb[X]1.2750-0.27780.0028[Y]-1.73932.7673-0.0280[Z]-0.74310.14091.6022TianjinUniversity

物理三基色與計(jì)算三基色的關(guān)系由1[Y]=1光瓦，可得[Y]=m2(r2+4.5907g2+0.0601b2)=1,→m2=0.0912[Y]=-0.158[R]+0.2524[G]-0.0025[B]由[X]+[y]+[Z]為等能白光，可得m1r1+m3r3-0.158=m1g1+m3g3+0.2524,m1r1+m3r3-0.158=m1b1+m3b3-0.0025,(r1-g1)m1+(r3-g3)m3=0.4104,→m1=0.3282(r1-b1)m1+(r3-b3)m3=0.1555,→m3=0.1114[X]=-0.4185[R]-0.0912[G]+0.0009[B][Z]=-0.0828[R]+0.0157[G]+0.1786[B]TianjinUniversity同一彩色在兩種色度系統(tǒng)中三刺激值的關(guān)系：

由F=R[R]+G[G]+B[B]=X[X]+Y[Y]+Z[Z]得兩種色度系統(tǒng)中光譜三刺激值的關(guān)系：TianjinUniversityXYZ色度系統(tǒng)的混色曲線y的曲線與明視覺(jué)光譜光效率曲線完全一致，這是因?yàn)樵赬YZ色度系統(tǒng)中Y代表亮度。TianjinUniversityXYZ色度圖(CIE色度圖)CIE標(biāo)準(zhǔn)光源黑體軌跡A光源——鎢絲燈(白熾燈)2800KC光源——白天的自然光6770KD65光源——白天的平均光照6500KE白光源——理想的等能白光,與5500K的白光相近TianjinUniversity

色域圖用于大致確定彩色坐標(biāo)TianjinUniversity等色調(diào)波長(zhǎng)線、等飽和度線和等色差域

W為等能白光E白的坐標(biāo)點(diǎn)

等色調(diào)波長(zhǎng)線如：WG，G點(diǎn)的波長(zhǎng)Fλ就是WG線上彩色的色調(diào)波長(zhǎng)。在等色調(diào)波長(zhǎng)線上，越靠近W點(diǎn)，飽和度越低。越靠近譜色軌跡，飽和度越高。飽和度相同的各點(diǎn)連成的曲線稱為等飽和度線。在色度圖的不同位置，沿不同方向，人眼可識(shí)別顏色變更的最小距離稱為剛辨差。相同剛辨差的點(diǎn)所圍成的區(qū)域是等色差域。TianjinUniversity景物→攝像器件→彩色分量→處理傳輸→顯象器件→彩色景物重現(xiàn)

§1.4彩色的重現(xiàn)TianjinUniversity1.4.1顯像三基色以紅、綠、藍(lán)三種熒光粉發(fā)出的非譜色光作為顯像三基色光。顯像三基色的選擇色域越大越好，即顯像三基色的三角形面積盡可能大熒光粉發(fā)出的光越亮越好TianjinUniversityNTSC與PAL顯像三基色熒光粉NTSC彩色電視系統(tǒng)以C白為標(biāo)準(zhǔn)白光PAL彩色電視系統(tǒng)以D65為標(biāo)準(zhǔn)白光制式NTSCPAL基色與光源[Re1][Ge1][Be1]C白[Re2][Ge2][Be2]D65色坐標(biāo)x0.670.210.140.3100.640.290.150.313y0.330.710.080.3160.330.600.060.329TianjinUniversity電視圖像重現(xiàn)色域TianjinUniversity

1.4.2顯像三基色的三刺激值與亮度方程1、顯像三基色的三刺激值根據(jù)顯像三基色的色度坐標(biāo)求色模m’顯像三基色各為1個(gè)單位時(shí)，配出1lm的C白：1[Re]+1[Ge]+1[Be]=Fc白

(1lm)[Re]、[Ge]、[Be]分別表示顯像三基色單位量1[Re]=m’1{x1[X]+y1[Y]+z1[Z]}1[Ge]=m’2

{x2[X]+y2[Y]+z2[Z]}1[Be]=m’3

{x3[X]+y3[Y]+z3[Z]}

TianjinUniversity(m’1x1+

m’2

x2+

m’3x3)[X]+(m’1