搜索
2013-3-21数字电视原理中国民航大学电子信息工程学院天津市智能信号与图像处理重点实验室王晓亮wxl_ee@126.com课程邮箱：tv_cauc@126.com，密码：1234562电子信息工程学院数字电视原理第一章彩色电视色度学基础1.1光的特性1.2视觉特性1.3色度学基础3电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性电视：根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时传送活动景物图像的技术。电视摄像机（光电转换）景物处理设备传输信道接收设备电视显示器（电光转换）观看者4电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性电视技术的精髓就是研究如何用最经济、最有效的方法使重现光像能够使人感到最逼真地模拟实际景物的光像。“电”“视”顾名思义是物理学与生理学结合的科学。为使使重现光像逼真地模拟实际景物的光像必须首先了解光特性，了解人对光像的感觉特性。5电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性—(1)可见光谱1.1.1可见光谱780nm380nm可见光6电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性—(1)可见光谱1.1.1可见光谱单色光：只含有单一波长的光复合光：包含有两种或两种以上波长的光•复合光作用于人眼，呈现混合色。•太阳辐射的光含有各种单色光的波谱，给人以白光的综合感觉。7电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性—(2)物体的颜色1.1.2物体的颜色（色温的概念）物体颜色的产生•发光体•非发光体光源不同，物体颜色各异彩色电视系统一般用白色光源什么是白色？8电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性—(2)物体的颜色色温的概念定量地描述光源所发出的白光的品位。绝对黑体——指既不反射也不透射而完全吸收入射波的理想物体。色温——当绝对黑体在某一特定绝对温度下，其辐射的相对光谱功率分布与某一光源的光谱相同时，则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的色温，单位是开（K）。9电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性—(2)物体的颜色色温的概念10电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性—(2)物体的颜色标准光源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）11电子信息工程学院数字电视原理1.1光的特性—(2)物体的颜色注意：色温描述的光源的光谱分布，与光源本身的温度无关例如，白炽钨丝灯温度为2800K时发出的白光，与温度为2854K的绝对黑体所辐射的白光相同，则白光钨丝灯的色温是多少？白光钨丝灯的色温是2854K，而不是2800K。12电子信息工程学院数字电视原理第一章彩色电视色度学基础1.1光的特性1.2视觉特性1.3色度学基础13电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性14电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性人的视觉系统对颜色的感知可归纳出如下几个特性眼睛可类比于一个摄像机。人的视网膜通过视细胞来感知外部世界的颜色。15电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性明暗视觉亮环境下锥体细胞、杆体细胞共同起作用，分辨明暗、彩色，称为明视觉。暗环境下只有杆体细胞起作用，只能分辨明暗，称为暗视觉。16电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(1)人眼的亮度视觉1.2.1人眼的亮度视觉人眼对不同波长的光颜色感觉不同，亮度感觉灵敏度也不同，而且因人而异。•人眼对绿色光比较敏感，明视觉最敏感的光波长为555nm•相对视敏度曲线表明了具有相等辐射能量的不同波长的光作用于人眼时，所引起的相对亮度感觉的变化规律。相对视敏度4005006007000.20.40.60.81.0/nm1933年国际照明委员会（CIE）测得的明视觉与暗视觉的相对视敏度曲线V(λ)17电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光谱光视效率在产生相同亮度感觉的情况下，测出各种波长光的辐射功率Ф(λ)，则：光谱光视效能：K(λ)=1/Ф(λ)用来衡量视觉对波长为λ的光的敏感程度当λ=555nm时，有最大的光谱光视效能：Km=K(555)18电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光谱光视效率任意波长光的光谱光视效能K(λ)与Km之比称为光谱光视效率(相对视敏度)，用函数V(λ)表示V(λ)=K(λ）/KmV(λ)也可用得到相同主观亮度感觉时所需各波长光的辐射功率Ф(λ）表示：V(λ)=Ф（555）/Ф(λ)19电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光度学中几个度量单位发光强度I，单位是cd，读作坎德拉•光源在给定方向上发出波长555nm的单色辐射，且在此方向上的辐射功率为（1/683）W/sr，则称该光源在此方向上的发光强度为1cd。•cd是国际单位制（米.千克.秒制）的一个基本单位。•sr为球面度，是立体角的单位–弧度：对应弧长/半径–球面度：对应锥面面积/半径平方–球表面积为4πr2，因此整个球面为4π球面度相对视敏度4005006007000.20.40.60.81.0/nm20电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光度学中几个度量单位光通量Φ：单位是lm（读作流明）或光瓦•按人眼光感觉度量的辐射功率。•波长555nm的单色光辐射功率为φ(555)=1W时产生的光通量为1光瓦。•1流明等于发光强度为1cd的点光源，在1球面度立体角内发射的光通量。1lm=1cd·sr•根据坎德拉的定义，1光瓦=683流明•波长λ的单色光辐射功率为φ(λ)瓦时，相当于波长555nm的单色光辐射功率为φ(λ)V(λ)瓦，光通量为φ(λ)V(λ)光瓦，或683φ(λ)V(λ)流明。相对视敏度4005006007000.20.40.60.81.0/nm21电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光度学中几个度量单位非单一波长的光源，其发出之光通量，是它在各波长范围所发出的光通量总和。对于N个单色光λ1、λ2、…λN组成的光源，NΦ=683Σφ(λi)V(λi)[lm]i=1对于具有连续光谱功率分布密度φe(λ)的光源，Φ=683∫φ(λ)V(λ)dλ[lm]22电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光度学中几个度量单位发光强度与光通量的关系•I为发光强度，Φ为光通量，Ω为立体角•与力学单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。要想被照射点看起来更亮，不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际就是减少面积，这样才能得到更大的发光强度。ΩΦ=I23电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(1)人眼的亮度视觉光度学中几个度量单位亮度L:单位是cd/m2，读作坎/米2或尼特•亮度表示发光面的明亮程度。•（同样的发光强度面积越小亮度越大）照度E：单位是lx,读作勒克斯•照度表示物体表面受到光照射时，单位面积上入射的光通量。1勒克司等于每平方米上有1流明的光通量。1lx=1lm/m2•（同样的光通量面积越小光照度越大）24电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(2)人眼的色度视觉1.2.2人眼的色度视觉俄国科学家罗蒙洛索夫于1756年首先提出了三基色假设，认为人眼的锥状细胞由红、绿、蓝三种感光细胞组成，这一假设后来得到证实。三种锥状细胞的相对视敏度曲线25电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(3)人眼的分辨力1.2.3人眼的分辨力分辨力指眼睛分辨景象细节的能力视敏角(分辨角)θ——观测点（眼睛所在点）与人眼能分辨的相距最近的两个点所形成的夹角。•正常人的视敏角θ≈1～1.5分人眼的分辨力——视敏角θ的倒数26电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(3)人眼的分辨力1.2.3人眼的分辨力d/（2πD）=θ/360*60（θ单位：角度分）θ=3438*d/DM条纹DdθH27电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(3)人眼的分辨力1.2.3人眼的分辨力分辨力与观看位置、照明强度、景物相对对比度、物体运动速度有关。亮度很低时，视力很差亮度过大时，视力不再增加，甚至由于眩目，视力反降相对对比度小，分辨力降低观看运动物体，分辨力降低人眼相当于一个低通滤波器。28电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(3)人眼的分辨力1.2.3人眼的分辨力彩色分辨力•人眼对彩色细节的分辨力远比对黑白细节的分辨力低•彩色电视系统传送彩色图像时，细节部分只传送黑白图像,不传送彩色细节，可减少色信号带宽。——大面积着色原理19%19%23%23%40%40%26%26%90%90%94%94%100%100%分辨力分辨力绿蓝绿蓝红蓝红蓝绿红绿红黑蓝黑蓝黑红黑红黑绿黑绿黑白黑白细节色别细节色别29电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(4)视觉惰性与闪烁视觉1.2.4视觉惰性与闪烁视觉当有光脉冲刺激人眼时，视觉的建立和消失都需要一定的过程，光源消失以后，景物影像会在视觉中保留一段时间，称为视觉惰性。视觉暂留时间在0.05～0.2秒30电子信息工程学院数字电视原理1.2视觉特性—(4)视觉惰性与闪烁视觉眼睛在周期性的光脉冲刺激下，如果它的频率不够高，则会感到闪烁，长期观看容易疲劳。不引起闪烁感觉的光脉冲最低重复频率称临界闪烁频率。临界闪烁频率与光脉冲亮度有关，有经验可近似表示为若电视画面间歇性重复呈现，只要重复频率为50Hz左右，视觉上就有很好的连续画面的感觉。lg=+cmfaLba=9.6,b=26.6为常数，当Lm=100尼特（cd/m2）时,人眼的临界闪烁频率约为46Hz31电子信息工程学院数字电视原理第一章彩色电视色度学基础1.1光的特性1.2视觉特性1.3色度学基础32电子信息工程学院数字电视原理1.3色度学基础—(1)彩色三要素1.3.1彩色三要素亮度(Luminance)：光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉。色调(Hue)：表示颜色的种类。饱和度(Saturation)：表示颜色的深浅程度。即彩色的纯度，掺入白色的程度。33电子信息工程学院数字电视原理1.3色度学基础—(1)彩色三要素1.3.1彩色三要素色度：色调和饱和度又合称为色度。色度既说明彩色的类别，又说明彩色的深浅程度。亮度取决于人眼感觉的光功率的大小。色调取决于进入人眼的光的波长。饱和度取决于纯色光中混入白光的程度。34电子信息工程学院数字电视原理1.3色度学基础—(1)彩色三要素HSL彩色模型35电子信息工程学院数字电视原理1.3色度学基础—(2)三基色原理1.3.2三基色原理三基色原理：•适当选择三种基色，将它们按不同比例混合，就可以引起各种不同的颜色感觉。•它们相互独立：其中任一色均不能由其它二色混合产生。•它们是完备的：即所有其它颜色都可以由这三种基色按不同的比例组合而得到。36电子信息工程学院数字电视原理1.3色度学基础—(2)三基色原理1.3.2三基色原理彩色重现并不要求恢复景物的原始光谱成分，只需获得与原景物相同的彩色感觉。三基色原理对于彩色电视的重要性：•把传送无数彩色的任务简化为传送三个基色信号37电子信息工程学院数字电视原理1.3色度学基础—(2)三基色原理1.3.2三基色原理两种基色系统•相加混色：红、绿、蓝—用于电视系统•相减混色：青、品、黄—用于彩色印刷、彩色胶片和绘画相加混色相加混色相减混色相减混色38电子信息工程学院数字电视原理1.3色度学基础—(2)三基色原理两种原色混合＝次色两种原色混合＝次色两种原色的补色两种原色的补色次色＋补色＝白色次色＋补色＝白色CCYYMMRRGGBB39电子信息工程学院数字电视原理1.3色度学基础—(2)三基色原理混色方法：时间混色法：将三种基色光按一定的顺序轮流投射到同一个表面上。是顺序制彩色电视的基础。空间混色法：将三种基色光分别投射到同一个表面上邻近的三个点上。是同时制彩色电视的基础。生理混色法：两只眼睛同时分