第2章_彩色电视基础知识

数字电视原理第2章彩色电视基础知识2.1光的特性与光源2.2光的度量2.3色度学概要2.4人眼的视觉特性2.5电视图像的传送及基本参量2.6标准彩条信号2.1.1光的特性与光源光是一种电磁波，人眼能看见的可见光谱只集中在频段内。波长/nm7806305805554954854603803×103波长/m频率/Hz无线电波105红外线1010可见光谱紫外线1015X射线1020宇宙射线10253×10-23×10-73×10-123×10-1714(3.85~7.89)10Hz2.1.1光的特性与光源物体的颜色发光物体的颜色：由该发光物体所产生的光谱分布来决定。取决于照射光；非发光物体的颜色：取决于物体的反射和透射特性；取决于人眼的视觉特性。2.1.2标准白光源与色温在电视技术中，以白色光作为标准光源色温光源发射光的颜色与绝对黑体在某一温度（单位为K）下辐射光色相同时，绝对黑体的温度称为该光源的色温。绝对黑体，是指既不反射也不透射而完全吸收入射光的物体，当绝对黑体被加热时，将辐射出不同的辐射功率波谱。由图看出，随着温度的增加，绝对黑体辐射能量增大；其功率波谱的峰值向短波方向移动。6000k5000k1.0500nm01000nm2.03.0相对辐射功率可见光区4000k1500nm3000k2000nm绝对黑体在不同温度下的辐射功率波谱2.1.2标准白光源与色温5种标准白光源物体的颜色会随照射光源的变化而变化，要确定物体的颜色必须确定照射光源。A光源：色温为2854K，光谱偏红，相当于白炽灯发出的光；B光源：色温为4800K，接近于中午直射的太阳光；C光源：色温为6770K，相当于白天的自然光；D光源：色温为6500K，相当于白天的平均光照；E光源：等能白光，色温为5500K的理想标准白光源。2.1.2标准白光源与色温常用光源的色温：常用光源色温（K）烛光1930K钨丝灯2760-2900K白炽灯2854K夏日正午阳光5500K蓝天12000K2.2光的度量光通量是能够被人的视觉系统所感受的那部分辐射功率的大小的度量，单位是流明(lm)。发光效率用每瓦流明数来表示一个光源或一个显示器的发光效率。2.2光的度量发光强度是指定方向上发出光通量的能力，单位是坎德拉(cd)照度是单位面积上的光通量，单位是勒克斯(lx)。亮度是单位面积上的发光强度，单位是坎德拉每平方米(cd/m2)。2.2光的度量照度是单位面积上的光通量，单位是勒克斯(lx)。发光强度是指定方向上发出光通量的能力，单位是坎德拉(cd)亮度是单位面积上的发光强度，单位是坎德拉每平方米(cd/m2)。单位面积上的光通量单位面积上的光强指定方向上的光通量2.3色度学概要2.3.1光的颜色与彩色三要素2.3.2三基色原理及应用2.3.3配色方程与亮度公式按颜色按频率和颜色按频率成分按发光方式彩色光和非彩色光。•非彩色光包括白色光，各种深浅不一的灰色光和黑色光。单色光和复合光•只含单一波长成分的为单色光。•包含两种或两种以上波长成分的为复合光。谱色光和非谱色光•谱色光：波长在380~780nm之间•非谱色光：单色光混合所得，不能作为谱色的色光。直射光、反射光和透射光•光源发出的光为直射光。•物体进行反射所形成的光为反射光。•进行透射所形成的光为透射光。光的分类2.3.1光的颜色与彩色三要素2.3.1光的颜色与彩色三要素光的颜色客观因素是它的功率波谱分布主观因素是人眼的视觉特性2.3.1光的颜色与彩色三要素亮度色调色饱和度色度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉。(光功率)色调是指颜色的类别，是决定色彩本质的基本参量。(光波长)色饱和度是指彩色所呈现色彩的深程度（或浓度）。色调与色饱和度合称为色度。彩色三要素2.3.2三基色原理及应用三基色原理：三基色必须是相互独立，即任何一种基色都不能由其它两种基色合成；将三基色按不同比例混合，可以引起各种不同的彩色感觉，可以得到自然界中的大多数颜色；合成彩色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和；合成彩色的色度由三基色分量色度的比例决定。2.3.2三基色原理及应用简言之，三基色原理是指自然界中常见的大部分彩色都可由三种相互独立的基色按不同的比例混合得到。波长为700nm的红光为红基色——R(红)波长为546.1nm的绿光为绿基色——G(绿)波长为435.8nm的蓝光为蓝基色——B(蓝)2.3.2三基色原理及应用混色方法：不同颜色混合在一起，能产生新的颜色，这种方法称为混色法。混色法分为相加混色和相减混色。相加混色是各分色的光谱成分相加，混色所得彩色光的亮度等于三种基色的亮度之和。相减混色是利用颜料、染色的吸色性质来实现。2.3.2三基色原理及应用相加混色相加混色是各分色的光谱成分相加，混色所得彩色光的亮度等于三种基色的亮度之和。彩色电视系统就是利用红(R)、绿(G)、蓝(B)三种基色以适当比例混合产生各种不同的彩色。2.3.2三基色原理及应用红＋绿＝黄黄＋蓝＝白(补色)绿＋蓝＝青红＋青＝白(补色)红＋蓝＝品红绿＋品红＝白(补色)红＋绿＋蓝＝白2.3.2三基色原理及应用实现相加混色的方法：时间混色法时间混色法是将三种基色光按一定的时间顺序轮流投射到同一平面上，只要轮换速度足够快，由于人眼的视觉惰性，分辨不出三种基色，而只能看到混合彩色的效果。2.3.2三基色原理及应用实现相加混色的方法：空间混色法空间混色法是将三种基色光分别投射到同一表面的相邻三点上，只要三点相隔足够近，由于人眼的分辨力有限，故看到的不是三种基色，而是它们的混合光。2.3.2三基色原理及应用实现相加混色的方法：生理混色法当两只眼睛同时观看不同的颜色，人们所感觉到的彩色不是两种单色，而是它们的混合色，称为生理混色法。全反射法全反射法是将三种基色光以不同比例同时投射到一块全反射平面上，由此构成了投影彩电。2.3.2三基色原理及应用相减混色在彩色印刷、彩色胶片和绘画中的混色采用相减混色。相减混色是利用颜料、染色的吸色性质来实现。混合颜料时，每增加一种颜料，都要从白光中减去更多的光谱成分，因此，颜料混合的过程称为相减混色。2.3.2三基色原理及应用青＝白－红品红＝白－绿黄＝白－蓝品红＋青＝白－绿－红＝蓝黄＋品红＝白－蓝－绿＝红黄＋青＝白－蓝－红＝绿黄＋青＋品红＝白－红－绿－蓝＝黑2.3.3配色方程与亮度公式配色实验通常要用比色计进行配色实验。待配彩色光RGB视场光量调节三基色光源2.3.3配色方程与亮度公式配色方程假定三个基色采用NTSC制显像三基色，则配出光通量为1lm(流明)的C白光时，需要红基色光0.299lm，绿基色光0.587lm，蓝基色光0.114lm。当规定红、绿、蓝三个基色单位为[R]、[G]、[B]，它们分别代表0.299lm红基色光、0.587lm绿基色光、0.114lm蓝基色光，则1lm的C白光可表示为：F1C=1[R]+1[G]+1[B]对于任意给定的彩色光F，可表示为：F=R[R]+G[G]+B[B]2.3.3配色方程与亮度公式亮度公式在色度学中，通常把由配色方程式配出的彩色光F的亮度用光通量来表示，即：Y=0.299R+0.587G+0.114B2.4人眼的视觉特性视觉是人对光的主观感觉，包括亮度视觉和彩色视觉。2.4.1人眼的光谱响应特性Pγ(λ)相同亮度感觉情况下，各种波长光的辐射功率。K(λ)为Pγ(λ)的倒数，称为视敏度。对于λ=555nm的黄绿光有最大的视敏度Km=K(555)。其他波长的K(λ)与Km之比称为相对视敏度V(λ)。人眼对λ=555nm的黄绿光敏感度最高2.4.2人眼的亮度感觉特性明暗视觉人眼在白天和晚上的视觉敏感度不同，分为明视觉和暗视觉。亮度感觉主观感觉亮度级数可见度阈值ΔBmin相对对比度灵敏度阈ξ=ΔBmin/B2.4.2人眼的亮度感觉特性视觉范围及明暗感觉的相对性视觉范围是人眼所能感受到的亮度范围。对比度C=Bmax/Bmin亮度层次画面最高亮度和最低亮度间可分辨的亮度级差数。实际意义：保持相同的对比度相同的亮度层次2.4.3人眼的视觉特性人眼的分辨力人眼的分辨力是指人在观看景物时人眼对景物细节的分辨能力。人眼对被观察物体上刚能分辨的最紧邻两黑点或两白点的视角θ的倒数称为人眼的分辨力或视觉锐度。2.4.3人眼的视觉特性或θdL236060dL57.3603438ddLL通常情况下，具有正常视力的人在中等亮度和中等相对对比度下观察静止景物时，视角θ约为1’~1.5’2.4.3人眼的视觉特性影响人眼分辨力的主要因素环境照度环境照度太低或太高，人眼分辨力都会下降。景物的相对对比度被观察物体的距离及运动状态2.4.3人眼的视觉特性人眼的分辨力实验表明，人眼对彩色细节的分辨力要低于对黑白细节的分辨力。把人眼对黑白的分辨力定为100%，则对其他彩色的分辨力如下表所示。由于人眼对彩色细节的分辨力低，所以在彩色电视系统传送彩色图像时，对于图像的细节，可只传黑白的亮度信号，而不传彩色信息。这就是所谓的彩色电视大面积着色原理。利用这个原理可以节省传输的频带。彩色细节黑白黑绿黑红黑蓝红绿红蓝绿蓝分辨力100%94%90%26%40%23%19%2.4.3人眼的视觉特性视觉惰性视觉惰性是人眼的重要特性之一，它描述了主观亮度与光作用时间的关系。人眼亮度感觉变化滞后于实际亮度变化，以及光线消失后的视觉残留现象（称为视觉暂留或视觉残留），总称为视觉惰性。2.4.3人眼的视觉特性临界闪烁频率当人眼受周期性的光脉冲照射时，如果光脉冲频率不高，则会产生一明一暗的闪烁感觉。如果将光脉冲频率提高到某一定值以上，由于视觉惰性，眼睛便感觉不到闪烁，感到是一种均匀的连续的光刺激。刚好不引起闪烁感觉的最低频率，称为临界闪烁频率，它主要与光脉冲的亮度有关。