光度學和色度學

光度學和色度學第一頁，共七十九頁，2022年，8月28日電視的誕生電視的誕生，是20世紀人類最偉大的發(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械電視設備，第一次將移動的圖像傳向遠處的接收機現(xiàn)場。第二頁，共七十九頁，2022年，8月28日1925年10月2日，位于倫敦一間頂樓的臨時實驗室里，貝爾德用攝像機掃描了一個木偶的頭部。他欣喜地發(fā)現(xiàn)，木偶的頭部被閃爍不定地復制在他安置于另一間屋子的熒屏上。于是，他飛快地跑出實驗室，臨時雇了一個小伙計坐在他的攝像機前，重復他的實驗。這位名叫威廉.泰因頓的年輕小伙子幸運地成為歷史上第一個出現(xiàn)在電視上的人。

第三頁，共七十九頁，2022年，8月28日1926年1月，貝爾德在倫敦皇家科學研究所首次示范電視技術(shù)。第四頁，共七十九頁，2022年，8月28日最早的電視廣播最早的電視廣播于1929年在倫敦開播，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，但它們一點兒也不像現(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。我國第一座電視臺是1958年5月1日試運行的北京電視臺，也就是現(xiàn)在的中央電視臺。第五頁，共七十九頁，2022年，8月28日電視技術(shù)的發(fā)展電視技術(shù)本身：第一代——黑白電視（20世紀20年代）第二代——彩色電視（20世紀40年代）第三代——高清晰度電視（20世紀80年代）第六頁，共七十九頁，2022年，8月28日信號處理技術(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)模集成電路第七頁，共七十九頁，2022年，8月28日傳輸媒介：單一的地面微波擴充到電纜、衛(wèi)星、網(wǎng)絡、無線移動功能覆蓋：單一的活動圖像廣播擴充到數(shù)據(jù)廣播、視頻點播、收費電視、立體電視、多視點視頻等第八頁，共七十九頁，2022年，8月28日電視技術(shù)的特點：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備爭奇斗艷多學科綜合的、代表性的電子信息工程 （物理學、生理學、數(shù)學、電子電路、計算機、 信號處理、通信技術(shù)）深入日常生活，可見可感構(gòu)思奇巧、實現(xiàn)精到有助于實現(xiàn)知識的貫穿和系統(tǒng)概念的建立第九頁，共七十九頁，2022年，8月28日第1章光度學和色度學§1光度學基礎§

2人眼的視覺特性§

3色度學基礎第十頁，共七十九頁，2022年，8月28日§1光度學基礎我們生活在一個多彩的世界里。白天，在陽光的照耀下，各種色彩爭奇斗艷，并隨著照射光的改變而變化無窮。但是，每當黃昏，大地上的景物，無論多么鮮艷，都將被夜幕緩緩吞沒。在漆黑的夜晚，我們不但看不見物體的顏色，甚至連物體的外形也分辨不清。同樣，在暗室里，我們什么色彩也感覺不到。這些事實告訴我們：沒有光就沒有色，光是人們感知色彩的必要條件，色來源于光。所以說：光是色的源泉，色是光的表現(xiàn)。

第十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日一、光的特性圖1-1電磁波的波譜第十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日光源人眼感覺到的顏色，除與物體本身的反射特性有關(guān)外，還與光源的特性有關(guān)，故這里討論幾種電視中常用的基準光源。所謂基準光源是指具有特定光譜分布的光源。光分為單色光和復合光。原理上，單一波長（單一頻率）電磁輻射發(fā)出的可見光稱為譜色光或單色光。我們把不是僅含單一波長的光稱為復合光，人們?nèi)粘＝佑|到的各種光源或反射入眼睛的光，均為復合光。

第十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日描述光源色相常用"色溫"，它源于絕對黑體加熱在不同溫度下有不同的發(fā)光顏色，通常稱該溫度（用絕對溫度K）為該光色的色溫。"相關(guān)色溫"指光色最接近黑體某溫度之光色的色溫值。相同色溫光源的相對功率譜不一定相同，即顏色具有同色異譜色。

我們知道，溫度在絕對零度（－273°C）以上的物體都會有連續(xù)的電磁輻射。但是不同的物體的輻射能量是不同的。為了衡量物體的電磁輻射能量的大小，人們設定了一個標準——絕對黑體。絕對黑體是指在任何溫度下，對于各種波長的電磁輻射的吸收系數(shù)恒等于1的物體。自然界并不存在絕對黑體。絕對黑體是一個理想化的參考模型。在遙感熱紅外掃描儀系統(tǒng)中，裝有高溫黑體和低溫黑體，作為探測地物熱輻射的參考源。實用的絕對黑體是由人工方法制成的。一般說，物體的輻射能量與其表面溫度有關(guān)，溫度越高，輻射能量越大。換句話說，物體的輻射能隨其溫度變化，輻射能的光譜分布也隨之變化第十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日絕對黑體能全部吸收外來的電磁輻射而無反射和透射。黑體對于任何波長的電磁波的吸收系數(shù)為1，透射系數(shù)為0。它被可見光照射時因為沒有反射光線而呈現(xiàn)黑色，故名。這是一種現(xiàn)實中不存在的理想物體。通常近似地認為一個空腔表面的小孔是黑體。第十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日光源的輻射功率按波長的分布稱為光譜功率分布。不同光源有不同的光譜功率分布，國際照明委員會（簡稱CIE）規(guī)定了一些光源?；鶞使庠碅（A白）、基準光源B（B白）、基準光源C（C白）、基準光源D65（D65白）、基準白色光源（E白）。E白是等能白光源，自然界中不存在，是用于彩色電視計算的一種假想光源。

第十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日標準光源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）

第十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日3.物體的顏色在中學的物理課中我們可能做過棱鏡的試驗，白光通過棱鏡后被分解成多種顏色逐漸過渡的色譜，顏色依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，這就是可見光譜。其中人眼對紅、綠、藍最為敏感，人的眼睛就像一個三色接收器的體系，大多數(shù)的顏色可以通過紅、綠、藍三色按照不同的比例合成產(chǎn)生。同樣絕大多數(shù)單色光也可以分解成紅綠藍三種色光。這是色度學的最基本原理，即三基色原理。三種基色是相互獨立的，任何一種基色都不能有其它兩種顏色合成。紅綠藍是三基色，這三種顏色合成的顏色范圍最為廣泛。紅綠藍三基色按照不同的比例相加合成混色稱為相加混色。第十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日第十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日二、光的度量輻射功率相同波長不同的光對人眼產(chǎn)生的亮度感覺是不相同的。1933年國際照明委員會（CIE）經(jīng)過大量實驗和統(tǒng)計，給出人眼對不同波長光亮度感覺的相對靈敏度，稱為相同視敏度。第二十頁，共七十九頁，2022年，8月28日表1－1給出了相對視敏度的最佳數(shù)據(jù)，第二十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日下圖是根據(jù)表1－1作出的曲線，稱為相同視敏函數(shù)曲線。它的意義是：人眼對各種波長光的亮度感覺靈敏度是不相同的。實驗表明：在同一亮度環(huán)境中，輻射功率相同的條件下，波長等于555nm的黃綠光對人的亮度覺最大，并令其亮度感覺靈敏度為1；人眼對其它波長光的亮度感覺靈敏度均于黃綠光（555nm），故其它波長光的相對視敏度V（l）都小于1。例如波長為660nm的線光的相對視敏度V（660）－0.061，所以，這種紅光的的輻射功率應比黃綠光（555nm）大16倍（即1/0.061＝16），才能給人相同的亮度感覺。第二十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日當L<380nm和L>780nm時，V（L）＝0。這說明紫外線和紅外線的射功率再大，也不能引亮度感覺，所以紅外線和紫外線是不可見光。這也是自然選擇的結(jié)果。假如人眼對紅外線也能反映，那么這種近似光霧的熱輻射將會成為人們觀察外部世界的一種干擾。第二十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日光通量指人眼所能感覺到的輻射能量，它等于單位時間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。由于人眼對不同波長光的相對視見率不同，所以不同波長光的輻射功率相等時，其光通量并不相等。例如，當波長為555×10-7米的綠光與波長為650×10-7米的紅光輻射功率相等時，前者的光通量為后者的10倍。光通量的單位為“流明”。光通量通常用Φ來表示，在理論上其功率可用瓦特來度量，但因視覺對此尚與光色有關(guān)。所以度量單位采用，依標準光源及正常視力另定之“流明”來度量光通量。符號：lm2、光通量第二十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日1.燭光、國際燭光、坎德拉（candela）的定義

在每平方米101325牛頓的標準大氣壓下，面積等于1/60平方厘米的絕對“黑體”（即能夠吸收全部外來光線而毫無反射的理想物體），在純鉑（Pt）凝固溫度（約2042K獲1769℃）時，沿垂直方向的發(fā)光強度為1坎德拉。并且，燭光、國際燭光、坎德拉三個概念是有區(qū)別的，不宜等同。從數(shù)量上看，60坎德拉等于58.8國際燭光，亥夫納燈的1燭光等于0.885國際燭光或0.919坎德拉。

幾個定義的介紹：第二十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日2.發(fā)光強度與光亮度

發(fā)光強度簡稱光強，國際單位是candela（坎德拉）簡寫cd。Lcd是指光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。光源輻射是均勻時，則光強為I=F/Ω，Ω為立體角，單位為球面度（sr）,F為光通量，單位是流明，對于點光源由I=F/4。光亮度是表示發(fā)光面明亮程度的，指發(fā)光表面在指定方向的發(fā)光強度與垂直且指定方向的發(fā)光面的面積之比，單位是坎德拉/平方米。對于一個漫散射面，盡管各個方向的光強和光通量不同，但各個方向的亮度都是相等的。電視機的熒光屏就是近似于這樣的漫散射面，所以從各個方向上觀看圖像，都有相同的亮度感。

以下是部分光源的亮度值：單位cd/m2

太陽：1.5*10；日光燈：（5—10）*103；月光（滿月）：2.5*103；黑白電視機熒光屏：120左右；彩色電視機熒光屏：80左右。

第二十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日3.光通量與流明

光源所發(fā)出的光能是向所有方向輻射的，對于在單位時間里通過某一面積的光能，稱為通過這一面積的輻射能通量。各色光的頻率不同，眼睛對各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的輻射能通量相等，在視覺上并不能產(chǎn)生相同的明亮程度，在各色光中，黃、綠色光能激起最大的明亮感覺。如果用綠色光作水準，令它的光通量等于輻射能通量，則對其它色光來說，激起明亮感覺的本領(lǐng)比綠色光為小，光通量也小于輻射能通量。光通量的單位是流明，是英文lumen的音譯，簡寫為lm。絕對黑體在鉑的凝固溫度下，從5.305*103cm2面積上輻射出來的光通量為1lm。為表明光強和光通量的關(guān)系，發(fā)光強度為1坎德拉的點光源在單位立體角（1球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為1流明。一只40W的日光燈輸出的光通量大約是2100流明。第二十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日4.光照度與勒克斯

光照度可用照度計直接測量。光照度的單位是勒克斯，是英文lux的音譯，也可寫為lx。被光均勻照射的物體，在1平方米面積上得到的光通量是1流明時，它的照度是1勒克斯。有時為了充分利用光源，常在光源上附加一個反射裝置，使得某些方向能夠得到比較多的光通量，以增加這一被照面上的照度。例如汽車前燈、手電筒、攝影燈等。

以下是各種環(huán)境照度值：單位lux

黑夜：0.001—0.02；月夜：0.02—0.3；陰天室內(nèi)：5—50；陰天室外：50—500；晴天室內(nèi)：100—1000；夏季中午太陽光下的照度：約為10*9次方；閱讀書刊時所需的照度：50—60；家用攝像機標準照度：1400。

第二十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日§

2人眼的視覺特性人眼睛里視覺的兩種細胞

我們知道，外界光輻射到人眼中刺激視網(wǎng)膜所引起的知覺叫做視覺．？

現(xiàn)代神經(jīng)生理學實驗證實，人眼的視網(wǎng)膜上存在大量的光敏細胞，按其形狀可分為兩類，即桿狀細胞和錐狀細胞．桿狀細胞對入射光的強度很敏感，它能分辨亮度的差別，而對顏色的分辨本領(lǐng)極差；而錐狀細胞雖然對亮度的靈敏度不高，但卻能分辨顏色．白天亮度較強時，主要靠錐狀細胞產(chǎn)生視覺作用，所以白天人所看到的是萬紫千紅的彩色世界．夜間亮度較弱時，主要靠桿狀細胞產(chǎn)生視覺作用，因此夜間看到的物體無顏色之分，只有灰蒙蒙的影像．第二十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日人眼的錐狀細胞可分為三種，每種錐狀細胞對光譜不同部分的感受性能是不同的．一種對紅光的感受性最靈敏，叫紅色錐狀細胞；一種對綠光的感受性最靈敏，叫綠色錐狀細胞；一種對藍光的感受性最靈敏，叫藍色錐狀細胞．三種細胞在某種光的刺激下，分別產(chǎn)生不同程度的興奮，便產(chǎn)生相應的顏色視覺．如果三種細胞都興奮，便會產(chǎn)生白色的視覺．如果三種細胞都不興奮，便會產(chǎn)生黑色的視覺．

人視覺的錐狀細胞分別對紅、綠、藍三色光最敏感．是因為只有這三種色做為原色（基色），才能合成自然界存在的幾乎所有顏色，視覺才能符合客觀世界萬紫千紅的實際，這也許是人類長期進化的結(jié)果．

任意兩種色光只要它們給人眼的三種錐狀細胞的刺激總體效果相同，人就會感到兩種色光的亮度和顏色相同，而不管這兩種色光的光譜組成是否相同．也就是說．顏色視覺相同的色光，其光譜也可以相同，我們把這種情況叫做“同色同譜”；其光譜可以不相同，我們把這種情況叫做“同色異譜”．關(guān)于這點在下面三原色的混合中可以得到證實．第三十頁，共七十九頁，2022年，8月28日在弱光條件下，人眼的視覺過程主要由桿狀細胞完成。而桿狀細胞對各種不同波長光的敏程度將不同于明顯視覺視敏函數(shù)曲線，表現(xiàn)為對波長短的光敏度感有所增大。即曲線向左移，這條曲線稱暗視覺敏函數(shù)曲線，如圖中細曲線所示。在弱光條件下，桿狀細胞只有明暗感覺，而沒有彩色感覺。第三十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日視覺范圍

人眼能夠感覺的亮度范圍（稱為視覺范圍）極寬，從千分之幾尼特直到幾百萬尼特。其所以如此之寬，是由于依靠了瞳孔和光敏細胞的調(diào)節(jié)作用。瞳孔根據(jù)外界光的強弱調(diào)節(jié)其大小，使射到視網(wǎng)膜上的光通量盡可能是適中的。在強光和弱光下，分別由錐狀細胞和桿狀細胞作用，而后者的靈敏度是前者的1萬倍。明暗感覺的相對性

在不同的亮度環(huán)境下，人眼對于同一實際亮度所產(chǎn)生的相對亮度感覺是不相同的。例如對同一電燈，在白天和黑夜它對人眼產(chǎn)生的相對亮度感覺是不相同的。另外，當人眼適應了某一環(huán)境亮度時，所能感覺范圍將變小。例如，在白天環(huán)境亮度10，000尼特（燭光/平方米）時，人眼大約能分辨的亮度范圍為200～20，000尼特，低于200尼特的亮度同感覺為黑色。而夜間環(huán)境為30尼特時，可分辨的亮度范圍為1～200尼特，這時100尼特的亮度就引起相當亮的感覺。只有低于1尼特的亮度才引起黑色感覺。第三十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日二、人眼的分辨力1.視角觀看景物時，景物大小對眼睛形成的張角叫做視角。其大小既決定景物本身的大小，也決定于景物與眼睛的距離。M條紋Ddθ

H第三十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日2.視敏角

當與人眼相隔一定距離的兩個黑點靠近到一定程度時，人眼就分辨不出有兩個黑點存在，而只感覺到是連在一起的一個點。這種現(xiàn)象表明人眼分辨景物細節(jié)的能力是有一定極限的。我們可以用視敏角來定義人眼的分辨力。視敏角即人眼對被觀察物體剛能分辨出它上面最緊鄰兩黑點或兩白點的視角。

在上圖中，L表示人眼與圖象之間的距離，d表示能分辨的最緊鄰兩黑點之間的距離。

3.視覺銳度

人眼分辨景物細節(jié)的能力稱為分辨力，又稱為視覺銳度。它等于人眼視敏角的倒數(shù)，即分辨力

4.影響分辨力的因素：

從生理上講，視敏角決定于視網(wǎng)膜相鄰光敏細胞間的距離，已加錐狀細胞直徑d‘=5mm，眼睛焦距|＝17mm，所以人眼日間視覺下的視敏角約為

視敏角為1’的眼，其視力為1.0；2‘的視力對應于0.5，這與醫(yī)學上是相對應的

影響分辨力的因素有：與物體在視網(wǎng)膜上成象的位置有關(guān)，黃斑區(qū)錐狀細胞密度最大，分辨力最高。越是偏離黃斑區(qū)，光敏細胞的分布越稀，分辨力也就低。與照明強度有關(guān)。照度太低，僅桿狀細胞起作用，分辨力大大下降，且無彩色感；照度太大，分辨力不會增加，甚至由于“眩目”現(xiàn)象而降低。與對比度Cr有關(guān)。Cr=[(B-B0)/B0]×100％，其中B為物體亮度與背景亮度接近，分辨力自然要降低。與被觀察物體運動速度有關(guān)。運動速度快，分辨力將要下降。

第三十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日人眼彩色視覺的辨色能力

總體上，人眼大體能分辨出200多種不同的色調(diào)。通過實驗，統(tǒng)計上人眼一般能分辨出15～20級的飽和度變化

人眼彩色細節(jié)的分辨力

人眼對彩色細節(jié)的分辨力比對黑白細節(jié)的分辨力低的多。統(tǒng)計結(jié)果表明，人眼的彩色分辨角比黑白分辨角大3～5倍。因此，在彩色電視系統(tǒng)傳輸彩色電視信號時，須用較寬的信號帶寬（0～6）MHz傳送亮度信息，而可用窄帶寬（0～1.3）MHz或（0～1.5）MHz傳送色度信息。第三十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日視覺惰性是人眼看重要特性之一，它描述了主觀亮度與光作用時間的關(guān)系。當一定強度的光突然作用于視網(wǎng)膜時，人眼并不能立即產(chǎn)生穩(wěn)定的亮度感覺，而須經(jīng)過一個短暫的變化過程才能達到穩(wěn)定的亮度感覺。在過渡過程中，亮度感覺先隨時間變化由小到大，達到最大值后，再回降到穩(wěn)定的亮度感覺值，右圖示出在不同亮度下亮度感覺隨時間的變化過程。三、視覺惰性第三十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日另外，當作用于人眼的光線突然消失后，亮度感覺并非立即消失，亮度感覺并非立即消失，而是近似按指數(shù)規(guī)律下降而逐漸消失的。右圖示出人眼對于較短時間的光脈沖B0的亮度感覺S變化的情況。當光線消失后的視覺殘留現(xiàn)象稱為視覺暫留或視覺殘留。人眼視覺暫覺留時間，在日間視覺時約為0.02秒，中介視覺時為0.1秒，夜間視覺時為0.2秒，中介視覺是介于日視覺與夜視覺之間的狀態(tài)。人眼亮度感覺變化滯后于實際亮度變化，以及視覺暫留特性，總稱為視覺惰性。第三十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日上節(jié)課回顧第三十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日光和物體的顏色客觀現(xiàn)實中物體的顏色光源的顏色，直接取決于它的功率譜；物體的顏色不僅取決于它的反射特性和透射特性，而且還與照射光源的功率譜有關(guān)1、在白天2、在夜晚主觀因素下的物體的顏色不同的人對于同一功率譜的光的色感可能是不相同的。例如，對于用紅磚建造的房子，視覺正常的人看是紅色，而有紅色盲的人看是土黃色；同樣，他看綠草坪是黃色。由于周圍環(huán)境的影響，紅色盲患者會把他看到的“土黃色”房子叫做“紅色”房子；同樣，把他看到的“黃色”草坪，叫做綠色草坪，并認為他看到的“紅色”與“綠色”和正常人一樣。

第三十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日色度學和電視技術(shù)中，常以白色作為一種標準，但是對于眾多的白光又有：A光源：色溫為2845K，相當于白熾燈在2800K時輻射出的光。B光源：相關(guān)色溫為4800K，相當于中午直射的日光。C光源：相關(guān)色溫為6700K，相當于白天的自然光，它的藍色成分較多。D65光源：相關(guān)色溫為6500K，相當于白天平均光照，近年來，常被用作彩色電視的標準光源。E光源：又稱為等能白光，即P（l）＝常數(shù)，它是一種假想而實際并不存在的光源，采用它純粹是為了簡化色度學中的計算，其相關(guān)色溫為550K。第四十頁，共七十九頁，2022年，8月28日錐體細胞和桿狀細胞在較亮的情況下，視網(wǎng)膜中的三種錐狀細胞對長、中，短三種光域產(chǎn)生不同的視覺反應，便能讓我們看見光譜中的紅、綠、藍三個主要色域來形成色彩。第四十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日因此，我們在攝取彩色圖想時，用三個與人眼三種錐狀細胞光譜特性相同的攝像管，分別攝取代表紅、綠、藍三個彩色分量的信號，經(jīng)過處理、傳輸，在由顯像管上的紅、綠、藍三色熒光分發(fā)光，轉(zhuǎn)換成原來比例的彩色光，即可實現(xiàn)彩色圖像的重現(xiàn)。(由此發(fā)展出了三基色原理)第四十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日第四十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日第四十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日第四十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日第四十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日§

3色度學基礎第四十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日一、彩色三要素對于彩色光通常可由亮度、色調(diào)和色飽和度三個物理量來描述,這三個量常被稱為彩色三要素。

亮度：是指彩色光作用于人眼引起的明暗程度的感覺。亮度是指色光的明暗程度，它與色光所含的能量有關(guān)。對于彩色光而言，彩色光的亮度正比于它的光通量（光功率）。對物體而言，物體各點的亮度正比于該點反射（或透射）色光的光通量大小。一般地說，照射光源功率越大，物體反射（或透射）的能力越強，則物體越亮；反之，越暗。

第四十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日色調(diào)：指彩色光的顏色類別。通常所說的不同波長的光在視覺上呈現(xiàn)不同的顏色，實際上就是指其色調(diào)不一致。色調(diào):指顏色的類別，通常所說的紅色，綠色，藍色等，就是指色調(diào)。光源的色調(diào)由其光譜分布決定；物體的色調(diào)由照射光源的光譜和物體本身反射特性或者透射特性決定，例如藍布在日光照射下，只反射藍光而吸收其它成分。如果分別在紅光，黃光或綠光的照射下，它會呈現(xiàn)黑色。紅玻璃在日光照射下，只透射紅光，所以是紅色。第四十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日

飽和度：是指顏色的深淺程度，即顏色的濃度。一種顏色，可以看成是某種光譜色與白色混合的結(jié)果。其中光譜色所占的比例愈大，顏色接近光譜色的程度愈高，顏色的飽和度也就愈高，顏色深而艷。當白光成份為0，飽和度達到最大。特殊的，各種單色光飽和度最高，單色光中摻入的白光愈多，飽和度愈低，白光占絕大部分時，飽和度接近于零，白光的飽和度等于零。白色光的光譜色成份為0，飽和度為0。色調(diào)和飽和度合稱為色度。色度即說明彩色光顏色的類別，又說明了彩色的深淺程度。在彩色電視系統(tǒng)中，所謂傳輸彩色圖像，實際上是傳輸圖像像素的亮度和飽和度。第五十頁，共七十九頁，2022年，8月28日二、三基色原理

由色度學的知識可知，不同波長的單色光會引起不同的彩色感覺，但相同的彩色感覺卻可以來源于不同的光譜組合，而人眼只能體會彩色感覺而不能分辨光譜成份。不同光譜成份的光經(jīng)混合能引起人有相同的彩色感覺；單色光可以有幾種顏色的混合光來等效；幾種顏色的混合光也可以由另外幾種顏色的混合光來等效；這一現(xiàn)象稱為混色。電視技術(shù)正是利用了人眼的這個特性。在彩色復現(xiàn)過程中，并不要求恢復原景物的輻射的光譜成份。

再進行混色實驗時，人們發(fā)現(xiàn)只要選取三種不同顏色的單色光按一定比例混合就可以得到自然界中絕大多數(shù)彩色，具有這種特性的三個單色光叫基色光，對應的三種顏色稱為三基色。由此我們得到一個重要的原理——三基色原理。第五十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日三基色的選取原則：1、三者必須相互獨立，也就是說其中任意一個基色不能有其他兩個顏色混合配出，這樣可以配出較多的彩色；2、自然界中絕大多數(shù)彩色都必須能按照三種基色分解；3、混合色的亮度等于各個基色的亮度之和。紅、綠、藍三基色的選取原因：

在彩色電視技術(shù)中，根據(jù)三基色的選取原則，選擇紅、綠、藍作為三基色。將它們按不同比例進行混合，合成彩色的亮度由三基色的亮度之和決定，而色度(即色調(diào)和色飽和度)則由三基色分量的比例決定，這就是三基色原理的主要內(nèi)容。第五十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日3.混色方法

把三基色按照不同的混合獲得彩色的方法稱為混色法?；焐ㄓ邢嗉踊焐拖鄿p混色之分。彩色電視系統(tǒng)中使用的是相加混色法。印刷、美術(shù)等行業(yè)使用的是相減混色法。相加混色現(xiàn)在一般采用色光混色以前還有轉(zhuǎn)盤混色。色光混色是將三束圓形截面的紅、綠、藍單色光同時投影到屏幕上，呈現(xiàn)一幅品字形三基色圓圖。由圖可見:紅光+綠光=黃光紅光+藍光=紫光(品光)綠光+藍光=青光紅光+綠光+藍光=白光第五十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日以上各光即均是按照基色光等量相加的結(jié)果；若改變它們之間的混合比例，經(jīng)相加可獲得各種顏色的彩色光。第五十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日實現(xiàn)相加混色還有如下幾種方法:(1)空間混色法。(2)時間混色法。

1853年格拉斯曼（H.Grasman）教授總結(jié)也下列相加混色定律：1.補色律：自然界任一顏色都有其補色，它與它的補色按一定比例混合，可以得到白色或灰色。2.中間律：兩個非補色相混合，便產(chǎn)生中間色。其色調(diào)決定于兩個顏色的相對數(shù)量，其飽和度決定于二者在顏色順序上的遠近。3.代替律：相似色混合仍相似，不管它們的光譜成分是否相同。4.亮度相加律：混合色光的亮度等于各分色光的亮度之和。第五十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日如圖所示的顏色環(huán)，可以比較直觀地表達各種顏色的混合規(guī)律。按順序把飽和度最高的譜色光和紫紅色相連圍成一個近似的圓環(huán)，每一顏色都在圓環(huán)上或環(huán)內(nèi)占有一確定位置。白色位于圓心，顏色飽和度愈低，愈靠近圓心。顏色環(huán)圓心對邊的任何兩種顏色都是互補色，按適當比例混合是得到白色或灰色，例如，黃色與藍色，紅色與青色，綠色與品紅色。顏色環(huán)上任何兩種非補色相混合，可產(chǎn)生中間色，它的位置在此兩色的連線上。中間色的色調(diào)決定于兩顏色的比例多少，并按重力中心定律偏向比重大的一色；中間色的飽和度決定于兩色在顏色環(huán)的距離，二者距離愈近，飽和度越大，反之越小?；パa色在色環(huán)上的距離被認為是最遠。第五十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日顏料的混色：又稱明度減少混合指不能發(fā)光，卻能將照來的光吸掉一部分，將剩下的光反射出去的色料的混合。色料不同，吸收色光的波長與亮度的能力也不同。色料混合之后形成的新色料，一般都能增強吸光的能力，削弱反光的亮度。在投照光不變的條件下，新色料的反光能力低于混合前的色料的反光能力的平均數(shù)，因此，新色料的明度降低了，純度也降低了，所以稱為減光混合。三元色：是品紅（不含黃色的紅），檸檬黃和青（絕對不含黃和紅色，如天光藍，不是普藍和群青，也不是酞青藍）。上節(jié)課布置的思考題：所有橡皮泥的混合色？第五十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日三、彩色的度量和表示方法為了準確的對顏色進行計算，CIE規(guī)定其波長各為：標準紅基色的波長選為700nm，標準綠基色光選為546.1nm，標準藍基色光為435.8nm。由于這三種基色光可以用物理手段產(chǎn)生出來，因此通常稱為物理三基色，它們是色度學計量中最基本的一套三基色第五十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日CIE還規(guī)定當各以1個單位的上述紅、綠、藍三基色光混合時，恰能產(chǎn)生出等能白（即E白）光，這時的紅、綠、藍的單位量稱為基色量或基色單位，并用符號（R）、（G）、（B）標記。這樣，任意一種彩色光F可用下式表示：

F=R(R)+G(G)+B(B)式中R、G、Ｂ是基色量（R）、（G）、（B）的混配系數(shù)，稱為三色系數(shù)或三刺激值。第五十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日一定的R、G、B值可確定一定的顏色，包括亮度、色調(diào)和色飽和度。而R(R)、G(G)、B(B)稱為F色光的三基色分量（簡稱三色分量）。若某一待混配色，經(jīng)試驗確定為1、2、4份紅、綠、藍基色混合而成時，則可寫成：

F1=1(R)+2(G)+4(B)

另一待混配色由1.2、2.4、5.3份的紅、綠、藍混配而成，則：

F2=1.2(R)+2.4(G)+5.3(B)

上式中的"＝"是表示人眼視覺上的顏色相等。第六十頁，共七十九頁，2022年，8月28日假若色光F1和F2的三色分量如下兩式：

F1＝R1(R)+G1(G)+B１(B)；

F2＝R2(R)+G2(G)+B2(B)

則兩色光相加混合，為：F＝F1＋F2＝R1(R)+G1(G)+B1(B)＋R2(R)+G2(G)+B2(B)

＝（R1＋R2)(R)＋（G1+G2)(G)＋（B1+B2)(B)

即F1＋F2混合光的三色系數(shù)是F1

、F2各基色系數(shù)之和。

第六十一頁，共七十九頁，2022年，8月28日用物理三基色(R)、(G)、(B)和規(guī)定的基色量R、G、B

建立的一套計色系統(tǒng)，稱為（RGB）計色系統(tǒng)。用它可以對一切顏色進行計量。基色量單位值的確定根據(jù)實驗，規(guī)定：紅基色光（R）波長為700nm,綠基色光（G）波長為546.1nm,藍基色光（B）波長為435.8nm。且用1光瓦紅基色光、4.5907光瓦綠基色光和0.0601光瓦藍基色光混合可得到等能白光E白，該E白的光通量是：1+4.5907+0.0601=5.6508光瓦。據(jù)此三基色各用一個單位量混合時能得出等能白光，規(guī)定為物理基色量的單位值，即：1（R)＝1光瓦，1（G)＝4.5907光瓦，1（B)=0.0601光瓦。第六十二頁，共七十九頁，2022年，8月28日配色實驗示意圖第六十三頁，共七十九頁，2022年，8月28日對于等能白光,R=G=B=1,即

FE白=1(R)+1(G)+1(B)

其光通量為｜FE白｜=1×1+1×4.5907+1×0.0601=5.6508lm

這個配色方程式,適合于配制一切彩色，只不過對于不同彩色三色系數(shù)不同而已。第六十四頁，共七十九頁，2022年，8月28日計色制及色度圖(1)RGB計色制及其色度圖以(R)、(G)、(B)為單位量，用配色方程進行彩色量度和計算的系統(tǒng)稱為RGB計色制。實際中，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，引入三基色相對系數(shù)r、g、b。第六十五頁，共七十九頁，2022年，8月28日令m=R+G+B，則r、g、b分別為第六十六頁，共七十九頁，2022年，8月28日

因為R、G、B三個色系數(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

由于r、g、b三者之和為1，所以只要知道其中兩個的值，就可由公式式確定第三個的值。因此，只要選兩個三基色相對系數(shù)，就可用二維坐標表示各種彩色光的色度。RGB色度圖就是在r—g直角坐標系數(shù)中表示各種彩色光色度的平面圖,如圖下所示。(1―10)第六十七頁，共七十九頁，2022年，8月28日第六十八頁，共七十九頁，2022年，8月28日第六十九頁，共七十九頁，2022年，8月28日但是，在配色實驗室，對于某些飽和度很高的色光，無論用怎樣的比例關(guān)系，均不能用三基色相加配出，而必須把一個或兩個基色光移動到待配彩色一側(cè)，才能使白屏幕兩側(cè)有同一色感。被移動的那個基色光可以看作“負”的基色光或者說色系數(shù)為負值。圖中的舌形曲線稱為譜色軌跡。自然界中所有的彩色都能用整個閉合曲線及其內(nèi)部的相應點的坐標表示。坐標位置越靠近譜色軌跡，所對應的彩色越純，即飽和度越高；而越靠近E點，所對應的彩色的飽和度越低。第七十頁，共七十九頁，2022年，8月28日(2)XYZ計色制及其色度圖由于RGB色度圖中有的顏色出現(xiàn)負坐標，在彩色電視中應用十分的不便，因此彩色電視奇數(shù)中采用了另一種基色系統(tǒng)，這種計色系統(tǒng)不出現(xiàn)負系數(shù)，它就是XYZ計色制。XYZ計色制所選的三基色單位量分別為(X)、(Y)、Z(Z)，它們并不代表實際顏色，也不能通過物理三基色相混合而得到，只能由計算得到。因此常稱(X)、(Y)、Z(Z)為計算三基色。第七十一頁，共七十九頁，2