第1章 色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)課件

彩色電視技術(shù)與維修實(shí)訓(xùn)根據(jù)機(jī)械工業(yè)出版社同名教材何麗梅等編第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)目標(biāo)

了解光和色的基本知識(shí)，理解彩色三要素和色度的概念。

掌握三基色原理、混色法和人眼的視覺特性。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1.1.1光和色由光學(xué)理論知道，光是一種以電磁波形式存在的物質(zhì)，它的波長范圍大約在380～780nm（1nm＝10-9m）之間。由于這段電磁波的輻射能為人眼看得見，所以稱為可見光，習(xí)慣上簡稱為光。人眼對不同波長的光引起不同的顏色感覺，例如，波長為400nm左右和波長為700nm左右的光，給人以紫和紅的感覺。在可見光的范圍內(nèi)，按波長的依次遞減，相應(yīng)顏色排列為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色，把這些色光混合在一起就得到白光。1.1光和色的基本知識(shí)第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)電磁波譜圖1-1第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

把一束光（太陽光）斜射到玻璃棱鏡上，通過棱鏡折射后，可將其分解為波長由長到短排列的紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色彩帶，如圖1－2所示。這種現(xiàn)象也表明了白光不是單色光，而是由七色光合成的。光和色本質(zhì)上是一回事，色是光的一種形式，色既是客觀物質(zhì)，又是人眼對客觀物質(zhì)的視覺反映，色覺是視覺的一種特性。1.1光和色的基本知識(shí)第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)圖1-2太陽光的分解第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1.2彩色三要素

亮度、色調(diào)和色飽和度稱為彩色三要素。任何一種彩色對人眼引起的視覺作用，都可以用彩色三要素來描述。

1)亮度:亮度是指人眼所感覺的彩色的明暗程度，亮度取決于光線的強(qiáng)弱。另外，亮度與波長的長短有關(guān)，強(qiáng)度相同但波長不同的光給人眼的亮度感覺也是不同的，生活中觀察15W的綠色燈泡發(fā)出的光比15W的紅色燈泡亮，15W的紅色燈泡比15W的藍(lán)色燈泡亮，就是這個(gè)道理。1.1光和色的基本知識(shí)第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1光和色的基本知識(shí)

2)色調(diào):色調(diào)是指彩色的顏色類別，如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫分別表示不同的色調(diào)。色調(diào)取決于彩色的光譜成分，不同波長的光具有不同的色調(diào)。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

3)色飽和度:色飽和度是指彩色的深淺程度。同一色調(diào)的彩色，其色飽和度越高，顏色越深。色飽和度與彩色中所摻入的白光比例有關(guān)，摻入的白光越多，色光越淺，色飽和度越低。色飽和度用百分?jǐn)?shù)表示，如某色光中若摻入一半的白光，則色飽和度為50%，未摻入白光的純色光，其色飽和度為100%。白光的色飽和度為0。色調(diào)和色飽和度統(tǒng)稱為色度。彩色電視系統(tǒng)不僅像黑白電視系統(tǒng)那樣能夠傳送景物的亮度信息，還要傳送景物的色度信息。1.1光和色的基本知識(shí)第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2三基色原理和混色法

1.2.l三基色原理

實(shí)驗(yàn)證明，將紅、綠、藍(lán)三種色光投射到一個(gè)白色的屏幕上，調(diào)節(jié)三種色光的不同比例，幾乎可以混合出自然界所有的彩色。用來混色的三種單色光稱為基色。用三基色可以混合成其他彩色的原理稱三基色原理。在電視技術(shù)中，以紅（R）、綠（G）、藍(lán)(B)為三基色，紅光的波長取700nm，綠光的波長取546.1nm，藍(lán)光的波長取435.8nm。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2三基色原理和混色法

三基色原理的主要內(nèi)容有：

1)自然界的所有彩色幾乎都可用三種基色按一定的比例混合而成；反之，任何彩色也可分解為比例不同的三種基色；

2)三種基色必須是相互獨(dú)立的，即任一基色不能由另外兩種基色混合而成；

3)用三基色混合成的彩色，其色調(diào)和色飽和度皆由三基色的比例決定；

4)混合色的亮度等于參與混色的基色的亮度的總和。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2.2混色法

彩色電視重現(xiàn)景物的彩色，通常是靠彩色顯像管熒光屏上的三種熒光粉在電子束轟擊下發(fā)出各自的基色光而完成的，即它們分別發(fā)出紅、綠、藍(lán)三種基色光，并混合成彩色圖像，這三種基色稱為顯像三基色。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

利用三基色按不同的比例混合來獲得彩色的方法稱為混色法。彩色顯像管之所以能夠顯示出各種各樣的豐富多彩的彩色是利用了三基色的混色原理。彩色顯像管中的熒光粉粒本身是發(fā)光體，它的混色規(guī)律是遵從相加混色法，即以彩色光的互相疊加來實(shí)現(xiàn)混色產(chǎn)生另一種新的彩色光。相加混色法的混色規(guī)律可用圖1-3表示，由圖可見，以等量的紅、綠、藍(lán)三基色光進(jìn)行相加混色效果如下：紅色十綠色=黃色；綠色十藍(lán)色=青色；藍(lán)色十紅色=紫色；紅色十綠色十藍(lán)色=白色。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2.2混色法圖1-3相加混色第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2.3人眼的視覺特性

1.視覺靈敏度人眼在明亮的環(huán)境下，不但可以看清物體的形狀，而且還能辨別物體的顏色。在昏暗的環(huán)境下卻只能分辨物體的形狀、輪廓而不能分辨物體的顏色。這是由于在人眼視網(wǎng)膜上有兩種不同的光敏細(xì)胞：桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞。桿狀細(xì)胞感光靈敏度較高，在光線較暗的條件下起作用，可以識(shí)別物體的形狀和輪廓，但無法清楚地識(shí)別物體顏色。另一種稱為錐狀細(xì)胞，它們的感光靈敏度較低，只有在光線明亮的條件下才起作用，但它們具有辨別顏色的能力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明：錐狀細(xì)胞有三種，分別對紅、綠、藍(lán)三種波長的光敏感。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

錐狀細(xì)胞對可見光的敏感度曲線如圖1-4所示。由圖可知，三條曲線的最大值分別在580nm（紅）、540nm（綠）與440nm（藍(lán)）的光譜區(qū)域內(nèi)。以上分析說明了視網(wǎng)膜兩種光敏細(xì)胞分別有辨形和辨色功能，它們對光的敏感度不同。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)圖1-4三基色相加混色的光敏曲線第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

實(shí)驗(yàn)還證實(shí)當(dāng)三種色覺細(xì)胞同時(shí)接受紅、綠、藍(lán)三種光激發(fā)時(shí)，人將產(chǎn)生白色的色覺，即人眼的三種細(xì)胞也有混色效應(yīng)，也就是所謂的生理相加混色法。改變?nèi)N基色的強(qiáng)度，混色結(jié)果的明亮程度將發(fā)生變化，在圖1-4中三種色敏曲線的合成曲線是人眼視覺的亮度曲線。實(shí)驗(yàn)還得到如下結(jié)論：用強(qiáng)度相同的紅、綠、藍(lán)基色光混色產(chǎn)生100%的白光時(shí),綠光(G)產(chǎn)生的強(qiáng)度占59%，紅光(R)產(chǎn)生的強(qiáng)度占30%，藍(lán)光(B)產(chǎn)生的光強(qiáng)度占11%，用數(shù)學(xué)公式可表示為

Y＝0.30R＋0.59G＋0.11B第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

根據(jù)以上分析可以得到兩條重要的結(jié)論：一是復(fù)合光的亮度等于各光分量的亮度之和，二是人眼所看到的彩色光是不同光譜成份作用于眼睛的綜合效果，不同波長的光會(huì)引起不同的彩色感覺，幾種不同波長光譜成份的光混合后，可以得到與某一單一波長的光相同的彩色感覺。也就是說，眼睛只能有彩色的感覺，而不能區(qū)別刺激它的光譜成份。這樣在彩色電視傳送與重現(xiàn)彩色時(shí)，只要求重現(xiàn)原景物的彩色感，不要求恢復(fù)原來的光譜。并不必考慮所重現(xiàn)的彩色光譜成份與原景物彩色的光譜成份是否相同。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.視覺對彩色圖案的分辨力由于人眼錐狀細(xì)胞比桿狀細(xì)胞少得多，因此人眼的辨色能力相對來說是比較差的，人眼對彩色圖像細(xì)節(jié)分辨能力比對黑白圖像細(xì)節(jié)分辨能力低。這種辨色的局限性表現(xiàn)于兩方面，一方面是在光線較暗的環(huán)境中人眼不能辨色，看到的只是黑白圖像。另一方面，人眼對彩色圖像細(xì)節(jié)的分辨力較差。如果彩色圖像之間的距離小于一定尺寸，將看不出各細(xì)節(jié)有顏色的差別。人們看單色（全紅或全黃等）圖像時(shí)，總覺得不如看黑白圖像輪廓鮮明。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

眼睛的這兩點(diǎn)辨色特性很重要，第一點(diǎn)說明制作彩色電視時(shí)要有足夠的亮度，第二點(diǎn)說明彩色圖像細(xì)節(jié)傳送與否影響不大。彩色電視機(jī)是為人類服務(wù)的。因此，人眼的視覺特性是決定彩色電視機(jī)的基本組成的關(guān)鍵。在黑白電視理論中，基于人眼對黑白圖像(即亮度)的分辨能力，確定了電視機(jī)水平與垂直分辨力的標(biāo)準(zhǔn)，將視頻信號(hào)的帶寬確定為6MHz。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

由于人眼的辨色能力差，因此，相對亮度信號(hào)來說，傳送彩色信號(hào)時(shí)，對清晰度要求較低。當(dāng)傳送的彩色信號(hào)頻率較高(大于1.5MHz)，彩色電視接收機(jī)熒光屏上重現(xiàn)的色點(diǎn)直徑很小時(shí)，人眼已不能分辨其是否有彩色。

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人眼的這一特性使彩色電視技術(shù)把彩色信息的傳送壓縮到0～1.5MHz的范圍以內(nèi)，因此對所需電視技術(shù)要求相對降低了許多。若用1MHz的頻帶寬度傳送色度信號(hào)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明有88%正常視力的人對其圖像已認(rèn)為滿意，這就是說他們感覺不出其與實(shí)際圖像色彩有什么區(qū)別；而當(dāng)用1.3MHz頻帶寬度傳送時(shí)，幾乎所有參加評審的人對呈現(xiàn)的畫面色彩都感到滿意。試驗(yàn)結(jié)果表明：傳送色度信號(hào)的頻帶寬度只需1.3MHz就能滿足人們收視彩色電視的要求。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.視覺暫留現(xiàn)象人眼觀看某一個(gè)光點(diǎn)或某一幅圖像時(shí)，當(dāng)這個(gè)光點(diǎn)或圖像消失后，人眼的感覺并不會(huì)立即消失，而是會(huì)保留一段時(shí)間，然后才逐漸消失。這種現(xiàn)象稱作視覺暫留特性，又稱作視覺惰性。人眼的視覺暫留時(shí)間為0.1s左右。如果連續(xù)顯示動(dòng)作區(qū)別不大的畫面，兩幅靜止的圖像出現(xiàn)的時(shí)間間隔小于0.1s，就可以使人看到連續(xù)活動(dòng)的畫面。這與電影顯示活動(dòng)圖像的原理是一樣的。人眼的這一特性與電視接收機(jī)場頻、行頻數(shù)值的設(shè)定有直接關(guān)系。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)思考與練習(xí)1.彩色的三要素是什么？它們各由什么決定？亮度、色調(diào)和色飽和度稱為彩色三要素。亮度取決于光線的強(qiáng)弱。另外，亮度與波長的長短有關(guān)，強(qiáng)度相同但波長不同的光給人眼的亮度感覺也不同。色調(diào)取決于彩色的光譜成分，不同波長的光具有不同的色調(diào)。色飽和度與彩色中所摻入的白光比例有關(guān)，摻入的白光越多，色光越淺，色飽和度越低。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.三基色原理的主要內(nèi)容是什么？彩色電視以哪三種色為基色？三基色的補(bǔ)色是什么？三基色原理的主要內(nèi)容有：

1)自然界的所有彩色幾乎都可用三種基色按一定的比例混合而成；反之，任何彩色也可分解為比例不同的三種基色；

2)三種基色必須是相互獨(dú)立的，即任一基色不能由另外兩種基色混合而成；

3)用三基色混合成的彩色，其色調(diào)和色飽和度皆由三基色的比例決定；

4)混合色的亮度等于參與混色的基色的亮度的總和。紅、綠、藍(lán)三種基色光稱為顯像三基色。黃色，品紅，青色，這三種顏色稱為紅、綠、藍(lán)三基色的補(bǔ)色。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.什么是直接混色法、空間混色法、時(shí)間混色法？

將紅、綠、藍(lán)色的顏料以不同的份量混合成各種各樣的色彩稱為直接混色法。例如彩色噴墨打印機(jī)的彩色墨盒就是由幾種純凈單一顏色組成，常見的三色墨盒打印機(jī)通常就是采用性質(zhì)比較穩(wěn)定的青色、紅紫色、黃色來混合不同的顏色?？臻g混色法：將三基色同時(shí)投射到彼此距離很近的點(diǎn)上，利用人眼分辨力有限的特性而產(chǎn)生混色，或者使用空間坐標(biāo)相同的三基色光的同時(shí)投射產(chǎn)生合成光，這是同時(shí)制彩色電視圖象的顯示基礎(chǔ)。時(shí)間混色法：將三基色按一定比例輪流投射到同一屏幕上，由于人眼的視覺惰性，只要交替速度足夠快，產(chǎn)生的彩色視覺與三基色直接相混時(shí)一樣。這是順序制彩色電視圖象顯示的基礎(chǔ)。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

4.人的視覺特性有哪些？彩色圖像大面積著色的依據(jù)是什么？

人的視覺特性：人眼在明亮的環(huán)境下，不但可以看清物體的形狀，而且還能辨別物體的顏色。在昏暗的環(huán)境下卻只能分辨物體的形狀、輪廓而不能分辨物體的顏色。由于人眼錐狀細(xì)胞比桿狀細(xì)胞少得多，因此人眼的辨色能力相對來說是比較差的，人眼對彩色圖像細(xì)節(jié)分辨能力比對黑白圖像細(xì)節(jié)分辨能力低。人眼觀看某一個(gè)光點(diǎn)或某一幅圖像時(shí)，當(dāng)這個(gè)光點(diǎn)或圖像消失后，人眼的感覺并不會(huì)立即消失，而是會(huì)保留一段時(shí)間，然后才逐漸消失。這種現(xiàn)象稱作視覺暫留特性，又稱作視覺惰性。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

彩色圖像大面積著色的依據(jù)：人眼辨色的局限性表現(xiàn)于兩方面：一方面是在光線較暗的環(huán)境中人眼不能辨色，看到的只是黑白圖像。另一方面，人眼對彩色圖像細(xì)節(jié)的分辨力較差，如果彩色圖像之間的距離小于一定尺寸，將看不出各細(xì)節(jié)有顏色的差別。眼睛的這兩點(diǎn)辨色特性很重要，第一點(diǎn)說明制作彩色電視時(shí)要有足夠的亮度，第二點(diǎn)說明彩色圖像細(xì)節(jié)傳送與否影響不大。因而，當(dāng)重現(xiàn)彩色圖像時(shí)，對著色面積較大的各種顏色，全部顯示其色度可以豐富圖像內(nèi)容，而對彩色的細(xì)節(jié)部分，彩色電視可不必顯示出色度的區(qū)別，因?yàn)槿搜垡巡荒鼙嬲J(rèn)它們之間的色度的區(qū)別了，只能感覺到它們之間的亮度不同。這就是大面積著色原理的依據(jù)。第1章色度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

5.選擇題（1）彩色電視圖像的色調(diào)指的是(c)。a．色飽和度b．顏色的深淺c.主色波長d．摻入白光的多少（2）當(dāng)三基色信號(hào)的強(qiáng)度R=G=B相等時(shí)，屏幕呈現(xiàn)的顏色為(d)。a．紅色b．綠色c.藍(lán)色d．白色（3）白色光的色飽和度為(d)。a．100%b．50%c