彩色电视原理

1、第二章 彩色电视原理 彩色电视不仅能传送，重现景物的高密度信息，还能传送、重现景物垢色度信息。它大大地丰富了图象传送的内容，使景物更加笼统逼真地重现出来。 彩色电视是在黑白电视与色度学的根底上开展起来的。色度学是研讨人的颜色视觉规律、颜色丈量实际与技术的科学，它是一门本世纪开展起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心思、心思物理等学科为根底的综合性科学。 彩色电视就是根据色度学的原理，发送端将界物彩色分解成红、绿、蓝三种根本性光，然后采用与黑白电视类似的方法，将它们转换成三种基色信号，传送到接纳端，最后在接纳端又根据色度学原理重现出景物的彩色。本章内容一、彩色电视根底2次二、兼容彩色电视的根本特征

2、三、亮度与色度信号四、色度与色同步信号五、NTSC制得彩色电视六、PAL制及其编码、解码2次第一节 彩色电视根底知识 本节内容一、 彩色与光 二、人眼的视觉特性 三、 色度学 思索题和习题 彩色根本概念一、彩色与光 光有单色光与复合光。描画光性能的方式很多，有用颜色，波长，光谱等多种方式。例：太阳光随波长由长到短所呈现的颜色依此为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。决不能以颜色来判别光谱的分布。一定的光谱分布表现为一定的颜色，但同一颜色那么可由不同光谱分布而获得。 1、光的特性1、1光的种类 光的种类繁多，下面仅从颜色，频率成分和发光方式等三方面将其分类。1、按颜色可分为彩色光和非彩色光。非彩色包适

3、白色光、各种深浅不一样的灰色光和黑色光；彩色光又可细分为红光、绿光、黄光、.红紫光等。2、按频率成分可分为单色光和复合光。单色光是指具有一波长的色光或者所占波谱宽度小于5nm的色光；非单色光即分复合光。3、按频率和颜色综合思索可分为谱色光Spectrum Color和非谱色光。 谱色光主要是指波长从780nm到380nm，而颜色按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序陈列的各种单色光； 把两个或者两个以上的单色光混合所得，但又不能作为谱色出如今光谱上的色光称为非谱色光。白光是非谱色光。 单色光一定是谱色光，非谱色光一定是复合光，而复合光也能够是谱色光。例如，红单色光和绿单色光合成的复合光为黄色，它属于

4、谱色光。4、按发光方式可分为直射光，反射光和透射光。 发光体光源直接发出的光称为直射光； 物体对光源发出的光，可以进展反射所构成的光称为反射光； 能进展透射所构成的光称为透射光。 假设设光源的功率波谱为Pl ，物体反射或透射特性分别为Rl 和t l ，那么直射光、反射光和透射光的功率波谱将分别为Pl ，Pl Rl 和Pl t l 。1、2 可见光谱 光是一种电磁辐射。 电磁辐射的波长范围很宽， 按波长从长到短的顺序陈列， 依次是无线电波、 红外线、 可见光、 紫外线、 X射线和宇宙射线等。 图1-1是电磁波按波长的顺序陈列的电磁波谱。 波长在380780 nm范围内的电磁波可以使人眼产生颜色觉

5、得， 称为可见光。 可见光在整个电磁波谱中只占极小的一段。 可见光谱的波长由780 nm向380 nm变化时， 人眼产生的颜色觉得依次是红、 橙、 黄、 绿、 青、 蓝、 紫7色。 一定波长的光谱呈现的颜色称为光谱色。太阳光包含全部可见光谱， 给人以白色觉得。 光谱完全不同的光， 人眼有时会有一样的色感。 用波长540 nm的绿光和700 nm的红光按一定比例混合可以使人眼得到580 nm黄光的色感。 这种由不同光谱混合出一样色光的景象叫同色异谱。 图 1-1 电磁辐射波谱 1、3 光的颜色 无论是什么光，它的颜色都是取决于客观与客观两方面的要素。1、客观要素是它的功率波谱分布。对光源的颜色，

6、直接取决于它的功率谱Pl Rl 和Pl t l 。因此物体的颜色不仅取决于它的反射特性r l 和透射特性t l ，而且还与照射光源的功率谱有亲密关系，关于这一点将在2.1.2节中详细举例阐明。因此，在色度学和彩色电视中，对规范光源的辐射功率波谱，必要作出明确而严厉的规定。2、客观要素是人眼有视觉特性。不同的人对于同一功率谱Pl 的光的色感能够是不一样的。例如，对于用红砖建造的房子，视觉正常的人看是红色，而有红色盲的人看是土黄色；同样，他看绿草坪是黄色。由于周围环境的影响，红色盲患者会把他看到的“土黄色房子叫做“红色房子；同样，把他看到的“黄色草坪，叫做绿色草坪，并以为他看到的“红色与“绿色和正

7、常人一样。只经过一定检验方法才干发现色盲患者的视觉缺陷。由此可见，光给人的颜色觉得与人眼的视觉特性有关。 颜色是光信号作用于人眼的视觉效果。物体的颜色是物体光特性作用于人眼的视觉效果。 物体光特性把物体分为发光体和不发光体。 发光体的颜色由它本身发出的光谱所确定， 如白炽灯发黄和荧光灯发白， 各自有其特定的光谱色。 不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照射光的反射、 透射特性有关。例：红旗反射太阳光中的红色光、吸收其他颜色的光而呈红色； 绿叶反射绿色的光、 吸收其他颜色的光而呈绿色； 白纸反射全部太阳光而呈白色； 黑板能吸收全部太阳光而呈黑色。 绿叶拿到暗室的红光下察看成了黑色，这是由于红

8、光源中没有绿光成分， 树叶吸收了全部红光而呈黑色。2 物体的颜色3 规范光源 在彩色电视系统中， 用规范白光作为照明光源。 为了便于对规范白光进展比较和计算， 用绝对黑体的辐射温度色温表示光源的光谱性能。 绝对黑体也称全辐射体， 是指不反射、 不透射， 完全吸收入射辐射的物体。 它对一切波长辐射的吸收系数均为1。 绝对黑体在自然界是不存在的， 其实验模型是一个中空的、 内壁涂黑的球体， 在其上面开了一个小孔， 进入小孔的光辐射经内壁多次反射、 吸收， 已不能再逸出到外面， 这个小孔就相当于绝对黑体。 绝对黑体所辐射的光谱与它的温度亲密相关。 绝对黑体的温度越高， 辐射的光谱中蓝色成分越多， 红

9、色成分越少。 光源的色温是这样定义的： 光源的可见光谱与某温度的绝对黑体辐射的可见光谱一样或相近时， 绝对黑体的温度称为该光源的色温， 单位以绝对温度开氏度(K)表示。 色温与光源的实践温度无关， 彩色电视机荧光屏的实践温度为常温， 而其白场色温是6500K。 在色度学和电视技术中，常以白色作为一种规范，所以规范光源都是白光。常用的规范白光有五种，称为A、B、C65和E光源。它们辐射的光谱分布在下叶图中用几条曲线表示。这种表示方法虽然准确，但是，对于运用感到非常不方便，于是人们想到了绝对黑体下面简称黑体。物理光学指出：在不同温度下，黑体辐射电磁波的身手是不同的，它的辐射身手按波长分布的规律如下

10、页图所示。由图可见，黑体在不同温度下的辐射光谱作为规范，让各种光源的光谱分布与之比较。当光源的光谱与黑体某一温度下的光谱相一致时，那么黑体的这一温度称为光源的色温；当光源的光谱只能与黑体某一温度下的光谱相近似，而不能准确等效时，那么称这一温度为光源的相关色温。由于黑体这个温度与颜色有关，故名色温。读者留意，光源的色温与光源本身的温度是两回事，通常两者是不一样的。例如白炽灯光源本身温度为2800K，但其色温是2845K。 常用的规范白光有A、 B、 C、 D65和E光源5种， 它们的光谱分布如图1-2所示。 (1) A光源 色温为2854 K的白光， 光谱偏红， 相当于充气钨丝白炽灯所产生的光。

11、 (2) B光源 色温为4874 K的白光， 近似中午直射的太阳光。 (3) C光源 色温为6774 K的白光， 相当于白天的自然光。 它是NTSC制彩色电视白光规范光源。 (4) D65光源 色温为6504 K的白光， 相当于白天的平均光照。 它是PAL制彩色电视的白光规范光源。 (5) E光源 色温为5500 K的等能量白光(E白)。 它是为简化色度学计算所采用的一种假想光源， 实践并不存在。 电视演播室卤钨灯光源的色温为3200 K， 有体积小、 亮度高、 寿命长、 色温稳定等优点。 图 1-2 规范光源的光谱分布4 光的度量单位 1. 光通量 光通量是按人眼的光觉得来度量的辐射功率，

12、用符号表示。 其单位称号为流明(lm)， 当555 nm的单色光辐射功率为1 W时， 产生的光通量为683 lm， 或称1光瓦。 在其他波长时， 由于相对视敏度V()下降， 一样辐射功率所产生的光通量随之下降。 40 W的钨丝灯泡输出的光通量为468 lm， 发光效率为11.7 lm/W； 40 W的日光灯可以输出2100 lm的光通量， 发光效率为52.5 lm/W； 电视演播室卤钨灯发光效率可达80100 lm/W。 2. 光照度 光照度E， 单位勒(克斯), 符号为lx。 勒(克斯)等于1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的光照度。 为了对光照度单位勒有个大约的印象， 以下数据可供参考

13、： 室外晴天光照度约为10 000勒，多云约为500勒， 傍晚约为50勒， 月光约为10-1勒， 傍晚约为10-2勒， 星光约为10-4勒。 二、 人眼的视觉特性 人能觉得到图像的颜色和亮度是眼睛的生理构造所决议的。 电影和电视都是根据人眼的视觉特性发明的。 电影每秒投射24幅静止画面， 每画面投射2次， 由于人眼的视觉惰性， 看起来就同活动景象一样。 电视每秒扫描50幅画面， 每幅画面是由312根扫描线组成的， 由于人眼的视觉惰性和有限的细节分辨才干， 看起来就成了整幅的活动景象。 人眼的视觉特性是电视技术开展的重要根据。 1 视觉灵敏度 波长不同的可见光光波， 给人的颜色觉得不同， 亮度觉

14、得也不同， 人眼对不同波长光的灵敏度是不同的。 人眼的灵敏度因人而异， 同一个人眼睛的灵敏度也随年龄和安康情况有所变化， 所以采用统计方法， 用许多正常视力的察看者来做实验， 取其平均值。 经过对各种类型人的实验进展统计， 国际照明委员会引荐规范视敏度曲线(也称相对视敏函数曲线)如图中的V曲线所示。 图中曲线阐明具有相等辐射能量、 不同波长的光作用于人眼时， 引起的亮度觉得是不一样的。 可以看出人眼最敏感的光波长为555 nm， 颜色是草绿色， 这一区域颜色， 人眼看起来省力， 不易疲劳。 在555 nm两侧， 随着波长的添加或减少， 亮度觉得逐渐降低。 在可见光谱范围之外， 辐射能量再大，

15、人眼也是没有亮度觉得的。 人眼视网膜上有大量的光敏细胞， 按外形分为杆状细胞和锥状细胞， 杆状细胞灵敏度很高， 但对彩色不敏感， 人的夜间视觉主要靠它起作用， 因此， 在暗处只能看到黑白笼统而无法区分颜色。 锥状细胞既可区分光的强弱， 又可区分颜色， 白天视觉主要由它来完成。 关于彩色视觉， 科学家曾做过大量实验并提出视觉三色原理的假设， 以为锥状细胞又可分成三类，分别称为红敏细胞、 绿敏细胞、 蓝敏细胞。 2 人眼的彩色视觉 它们各自的相对视敏函数曲线分别为下页图所示的 VR、 VG、 VB， 其峰值分别在580 nm、 540 nm、 440 nm处。 图中VB曲线幅度很低， 已将其放大了

16、20倍。 三条曲线的总和等于相对视敏函数曲线V。 三条曲线是部分交叉重叠的， 很多单色光同时处于两条曲线之下， 例如600 nm的单色黄光就处在VR、 VG曲线之下， 所以600 nm的单色黄光既鼓励了红敏细胞， 又鼓励了绿敏细胞， 可引起混合的觉得。 当混合红绿光同时作用于视网膜时， 分别使红敏细胞、 绿敏细胞同时受鼓励， 只需混合光的比例适当， 所引起的彩色觉得， 可以与单色黄光引起的彩色觉得完全一样。 不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的， 产生的彩色视觉各异， 人眼因此能分辨出五光十色的颜色。 电视技术利用了这一原理， 在图像重现时， 不是重现原来景物的光谱分布， 而是利用三种类似于

17、红、 绿、 蓝锥状细胞特性曲线的三种光源进展配色， 在色感上得到了一样的效果。 分辨力是指人眼在观看景物时对细节的分辨才干。 对人眼进展分辨力测试的方法如图1-4所示， 在眼睛的正前方放一块白色的屏幕， 屏幕上面有两个相距很近的小黑点， 逐渐添加画面与眼睛之间的间隔， 当间隔添加到一定长度时， 人眼就分辨不出有两个黑点存在， 觉得只需一个黑点， 这阐明眼睛分辨风光细节的才干有一个极限值， 我们将这种分辨细节的才干称为人眼的分辨力或视觉锐度。3 分辨力图1-4 人眼进展分辨力测试的方法 分辨力的定义是： 眼睛对被察看物上相邻两点之间能分辨的最小间隔所对应的视角的倒数， 即分辨力= 1-1 如图1

18、-4所示， 用L表示眼睛与图像之间的间隔， d表示能分辨的两点间最小间隔， 那么有： 1-2 人眼的最小视角取决于相邻两个视敏细胞之间的间隔。 对于正常视力的人， 在中等亮度情况下观看静止图像时， 为11.5。 分辨力在很大程度上取决于景物细节的亮度和对比度， 当亮度很低时， 视力很差， 这是由于亮度低时锥状细胞不起作用。 但是亮度过大时， 视力不再添加， 甚至由于眩目景象， 视力反而有所降低。 此外， 细节对比度愈小， 也愈不易分辨， 会呵斥分辨力降低。 在观看运动物体时， 分辨力更低。 人眼对彩色细节的分辨力比对黑白细节的分辨力要低， 例如， 黑白相间的等宽条子， 相隔一定间隔观看时， 刚

19、能分辨出黑白差别， 假设用红绿相间的同等宽度条子交换它们， 此时人眼已分辨不出红绿之间的差别， 而是一片黄色。 实验还证明， 人眼对不同彩色， 分辨力也各不一样。 假设眼睛对黑白细节的分辨力定义为100%， 那么实验测得人眼对各种颜色细节的相对分辨力用百分数表示如表1-1所示。 由于人眼对彩色细节的分辨力较差， 所以在彩色电视系统中传送彩色图像时， 只传送黑白图像细节， 而不传送彩色细节， 这样做可减少色信号的带宽， 这就是大面积着色原理的根据。 表1-1 人眼对各种颜色细节的相对分辨力 人眼遭到频率较低的周期性的光脉冲刺激时, 会感到一亮一暗的闪烁景象， 假设将反复频率提高到某个定值以上，

20、由于视觉惰性， 眼睛就觉得不到闪烁了。 不引起闪烁觉得的最低反复频率， 称为临界闪烁频率。 临界闪烁频率与很多要素有关， 其中最重要的是光脉冲亮度， 随着光脉冲亮度的提高， 临界闪烁频率也会提高。 临界闪烁频率还与亮度变化幅度有关 亮度变化幅度越大， 临界闪烁频率越高。 人眼的临界闪烁频率约为46 Hz。 对于反复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲， 人眼不再觉得到闪烁， 这时客观觉得的亮度等于光脉冲亮度的平均值。 三、 色 度 学 1. 彩色三要素定义：亮度、 颜色和饱和度被称为彩色三要素。描画一种颜色需求用亮度、颜色和饱和度描画。 亮度反映光的亮堂程度。 彩色光辐射的功率越大， 亮度越高， 反

21、之亮度越低。 不发光物体的亮度取决于它反射光功率的大小。 假设照射物体的光强度不变， 物体的反射性能越好， 物体越亮堂， 反之越暗。 对于一定的物体， 照射光越强， 物体越亮堂， 反之越暗. 反映彩色的类别， 例如：红、 橙、 黄、 绿、 青、 蓝、 紫等不同颜色。 发光物体的颜色由光的波长决议， 不同波长的光呈现不同的颜色， 不发光物体的颜色由照明光源和该物体的吸收、 反射或透射特性共同决议。 颜色 反映彩色光的深浅程度。 同一颜色的彩色光， 会给人以深浅不同的觉得， 深红、 粉红是两种不同饱和度的红色， 深红色饱和度高， 粉红色饱和度低。 饱和度与彩色光中的白光比例有关， 白光比例越大，

22、饱和度越低。 高饱和度的彩色光可加白光来冲淡成低饱和度的彩色光。 饱和度最高称为纯色或饱和色。 谱色光就是纯色光， 其饱和度为100%。 饱和度低于100%的彩色称为非饱和色， 日常生活中所见到的大多数彩色是非饱和色。 白光的饱和度为0。 色饱和度和颜色合称为色度， 它表示彩色的种类和彩色的深浅程度。 色饱和度 2、 三基色原理 自然界中绝大多数的彩色可以分解为三基色，三基色按一定比例混合， 可得到自然界中绝大多数彩色。 混合色的颜色和饱和度由三基色的混合比例决议， 混合色的亮度等于三种基色亮度之和。和蓝光最敏感， 所以在红色、 绿色和蓝色光谱区中在彩色电视中， 选用了红、 绿、 蓝作为三基色

23、， 分别用R、 G、 B来表示。 国际照明委员会(CIE)选定了红基色的波长为700 nm， 绿基色的波长为546.1 nm， 蓝基色的波长为435.8 nm。根据人眼的视觉特性，人眼的彩色分辨率闭单色低， 在电视机中重现图像时并不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分， 而应获得与原景物一样的彩色觉得。 因此仿效人眼三种锥状细胞， 可以任选三种基色， 将它们按不同比例进展组合， 可得到自然界中绝大多数的彩色。 三基色原理： 三基色必需是相互独立的产生。即其中任一种基色都不能由另外两种基色混合而得到。 自然界中的大多数颜色，都可以用三基色按一定比例混合得到；或者说中的大多数颜色都可以分解为三

24、基色。 三个基色的混合比例，决议了混合色的颜色和饱和度。混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。 混 合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。三基色原理： 自然界中绝大多数的彩色可以分解为三基色，三基色按一定比例混合， 可得到自然界中绝大多数彩色。 混合色的颜色和饱和度由三基色的混合比例决议， 混合色的亮度等于三种基色亮度之和。 由于人眼的三种锥状细胞对红光、 绿光和蓝光最敏感， 所以在红色、 绿色和蓝色光谱区中选择三个基色按适当比例混色可得到较多的彩色。 在彩色电视中， 选用了红、 绿、 蓝作为三基色， 分别用R、 G、 B来表示。 国际照明委员会(CIE)选定了红基色的波

25、长为700 nm， 绿基色的波长为546.1 nm， 蓝基色的波长为435.8 nm。4.混色方法4、1 混色规律 不同颜色混合在一同，能产生新的颜色，这种方法称为混色法。混色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，彩色电视就是利用红、绿、蓝三基色相加产生各种不同的彩色。相减混色中存在光谱成分的相减，在彩色印刷、绘画和电影中就是利用相减混色。它们采用了颜色料，白光照射在颜色料上后，光谱的某些部分使被吸收，而其他部分被反向或透射，从而表现出某种颜色。混合颜料时，每添加一种颜料，都要从白光中减去更多的光谱成分，因此，颜料混合过程称为相减混色。4、2 相加混色的实现方法 空间混色法：

26、将三种基色分别投射到同一外表上相邻的三 点， 只需这些点足够的近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨出这三种基色，而只能觉得到它们的混合色。空间事法是同时 制彩色电视的根底。时间混色法：将三种不同的基色以足够快的速度轮番投射到某一平面，由于人眼的视觉惰性，分辨不出三种基色，而只能看 到它们的混合色。时间混色法是顺序制彩色电视的根底。 生理混色法：当两只眼睛同时分别观看不同的颜色，也会产生混色效应。例如，两只眼睛分别戴上红、绿滤波眼镜，当两眼 分别单独观看时，只能看到红光或绿光；当两眼同时观看 时，正好是黄色，这就是生理混色法。4、3 相加混色规律黄青红绿蓝品红白相加混色圆图 红色+绿色=黄色 绿

27、色+蓝色=青色 蓝色+红色=紫色 红色+绿色+蓝色=白色适当改动三束光的强度， 可以得到自然界中常见的彩色光。 红色+青色=白色 绿色+紫色=白色 蓝色+黄色=白色 当两种颜色混合得到白色时， 这两种颜色称为互补色。 红与青互为补色， 绿与紫互为补色， 蓝与黄互为补色。 三个顶点代表三基色。 附录：相减混色规律 黄白蓝 黄品红白蓝绿红青白红 黄青白蓝红绿 品红白绿 品红青白绿红蓝 黄青品红白蓝红绿黑色5、麦克斯韦计色三角形 麦克斯韦J.C.Maxwall首先用等边三角形简单而直观地表示颜色的色度，这个三角形称为Maxwell颜色三角形，如下页图所示。它的三个顶点分别表示R、G、B，三角形内任一

28、点都代表自然界的一种颜色，假设设每个顶点到对边的间隔为1，那么三角形内任一点P到三边间隔之和等于1这由几何知识不难证明。假设令P点到红、绿、蓝三顶点对应的三边的间隔分别为r、g、b，那么r、g、b就是P点所代表彩色的色度坐标，表23列出了红、橙、黄、绿、青、蓝、品红、E白的色度坐标值，由这些色度坐标值就可以确定它们在麦克斯韦颜色三角形中的位置。麦克斯韦计色三角形5. 彩色的度量与表示 视场RBG待配彩色光量调理三基色光源察看者 配色实验原理图RGB计色制: F=RR+GG+BB Y1.0000R十4.5907G十006015B XYZ计色制: F=XX+YY+ZZ 6.彩色图像的摄取与重现彩色

29、图像的摄取：将一幅彩色图像分解为红、绿、蓝三幅基色图像，以获得三基色信号电压ER、EG、EB。彩色图像的重现： 根据人眼的视觉特性，在电视机中重现图像时并不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分，而应获得与原景物一样的彩色觉得。 因此仿效人眼三种锥状细胞，可以任选三种基色，三种基色必需是相互独立的， 任一种基色都不能由其他两种基色混合得到； 将它们按不同比例进展组合，可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫基色光， 这三种颜色叫三基色。 三基色原理： 自然界中绝大多数的彩色可以分解为三基色分解，三基色按一定比例混合混合， 可得到自然界中绝大多数彩色。 混合色的颜色和饱和度由三

30、基色的混合比例决议调色， 混合色的亮度等于三种基色亮度之和效果。 2 .三基色原理 由于人眼的三种锥状细胞对红光、 绿光和蓝光最敏感， 所以在红色、 绿色和蓝色光谱区中选择三个基色按适当比例混色可得到较多的彩色。 在彩色电视中， 选用了红、 绿、 蓝作为三基色， 分别用R、 G、 B来表示。 国际照明委员会(CIE)选定了红基色的波长为700 nm， 绿基色的波长为546.1 nm， 蓝基色的波长为435.8 nm。三基色原理是彩色电视技术的根底， 摄像机把图像分解成三基色信号， 电视机又用三基色信号复原出原图像的颜色。 三基色光相混合得到的彩色光的亮度等于三种基色亮度之和， 这种混合色称为相

31、加混色。 将三束等强度的红、 绿、 蓝圆形单色光同时投射到白色屏幕上， 会出现三基色的圆图，其混合规律如下图。3.混色法 图 1-6 相加混色 红色+绿色=黄色 绿色+蓝色=青色 蓝色+红色=紫色 红色+绿色+蓝色=白色适当改动三束光的强度， 可以得到自然界中常见的彩色光。 红色+青色=白色 绿色+紫色=白色 蓝色+黄色=白色 当两种颜色混合得到白色时， 这两种颜色称为互补色。 红与青互为补色， 绿与紫互为补色， 蓝与黄互为补色。 在彩色电视技术中， 常用两种相加混色法。 空间混色法是同时将三种基色光分别投射到同一外表上彼此相距很近的三个点上， 由于人眼的分辨力有限， 能产生三种基色光混合的颜

32、色觉得。 空间混色法是同时制彩色电视的根底。 时间混色法是将三种基色光轮番投射到同一外表上， 只需轮换速度足够快， 加之视觉惰性， 就能得到相加混色的效果。 时间混色法是顺序制彩色电视的根底。 1. 配色实验 给定一种彩色光， 可经过配色实验来确定其所含三基色的比例， 配色实验安装如图1-7 所示。 实验安装是由两块互成直角的理想白板将察看者的视场一分为二， 在一块白板上投射待配色， 另一块白板上投射三基色。 调理三基色光的强度， 直至两块白板上彩色光引起的视觉效果完全一样。 记下三基颜色节器上的光通量读数， 便可写出配色方程 FR(R)+G(G)+B(B) 1-3 式中， F为恣意一个彩色光

33、， (R)、 (G)、 (B)为三基色单位量， R、 G、 B为三色分布系数。 要配出彩色量F， 必需将R单位的红基色、 G单位的绿基色和B单位的蓝基色加以混合。 R、 G、 B的比例关系确定了所配彩色光的色度(含颜色和饱和度)， R、 G、 B数值确定了所配彩色光的光通量亮度。 R(R)、 G(G)、 B(B)分别代表彩色量F中所含三基色的光通量成分， 又称为彩色分量。 配成规范白光E白所需红、 绿、 蓝三基色的光通量比为14.59070.0601, 为了简化计算， 规定红基色光单位量的光通量为1 lm， 绿基色光和蓝基色光单位量的光通量分别为4.5907 lm和0.0601 lm。 图 1

34、-7 配色实验 2. XYZ制色度图 配色实验的物理意义明确， 但进展定量计算却比较复杂， 实践运用很不方便， 为此进展了坐标变换： X=0.4185R-0.0912G+0.0009B Y=-0.1587R+0.2524G+0.0025B Z=-0.0828R+0.0157G+0.1786B (1-4) 在XYZ计色制中， 任何一种彩色的配色方程式可表示为 F=XX+YY+ZZ 1-5 式中， X、 Y、 Z为规范三色系数， (X)、 (Y)、 (Z)为规范三基色单位。 在XYZ计色制中规范三色系数均为正数， 系数Y的数值等于合成彩色光的全部亮度， 系数X、 Z不包含亮度, 合成彩色光色度仍由

35、X、 Y、 Z的比值决议。 当X=Y=Z时， 配出等能白光E白。 色度是由三色系数X、 Y、 Z的相对值确定的， 与X、 Y、 Z的绝对值无关， 假设仅思索色度值时， 可以用三色系数的相对值表示。(1-6) 式中, m为色模， 表示某彩色光所含规范三基色单位的总量， 它与光通量有关， 对颜色不产生影响； x、 y、 z为相对色度系数， 又叫色度坐标。 由式(1-6)可知 x + y + z=1 (1-7) 式(1-7)阐明， 当某一彩色量F的相对色度系数x、 y知时， 那么z也为知， 即z是一个非独立的参量。 这样就可将由配色实验得到的数据， 换算成x、 y坐标值， 并画出其平面图形，即x -

36、 y规范色度图， 如图1-8所示。 图1-8 规范色度图和显象三基色 在x-y色度图中一切光谱色都在所示的舌形曲线上。 曲线上各点的单色光既可用一定的波长来标志， 也可用色度坐标来表示， 该曲线亦称为光谱色曲线。 舌形曲线下面不是闭合的， 用直线衔接起来， 那么自然界中一切实践彩色都包含在这封锁的曲线之内。 E白点的坐标为x=1/3、 y=1/3, 谱色曲线上恣意一点与E白点的连线称为等颜色线。 该线上一切的点都对应同一颜色的彩色， 线上的点离E白点越近， 该点对应的彩色的饱和度就越小。 谱色曲线内恣意两点表示了两种不同的彩色， 这两种彩色的全部混色都在这两点的连线上。 合成光的点离该两点的间

37、隔与这两种彩色在合成光中的强度成反比。 在谱色曲线内， 任取三点所对应的彩色作基色混合而成的一切彩色都包含在以这三点为顶点的三角形内。 三角形外的彩色不能由此三基色混合得到。 因此， 彩色电视选择的三基色应在色度图上有尽量大的三角形面积。 1.3.4 显像三基色和亮度公式 1. 显像三基色 彩色电视重现图像是靠彩色显像管屏幕上三种荧光粉在电子束轰击下发出红、 绿、 蓝三种基色光混合而得到的， 这三种基色称为显像三基色。 我们希望选出的显像三基色在色度图上的三角形面积尽能够大些， 这会使混合出来的颜色更丰富， 同时还要求荧光粉的发光效率尽能够高。 不同彩色电视制式所选用的显像三基色是不同的， 选

38、用规范白光也不一样。 NTSC制和PAL制采用的显像三基色和规范白光的色度坐标如表1-2所示， 在色度图中的位置分别见图1-8中的虚线三角形和实线三角形。 表1-2 显像三基色和规范白光的色度坐标 2. 亮度公式 由显像三基色和规范白光的色度坐标经线性矩阵变换可导出NTSC制中显像三基色Re1、 Ge1、 Be1和X、 Y、 Z之间的关系式为 X=0.607Re1+0.174Ge1+0.200Be1 Y=0.299Re1+0.587Ge1+0.114Be1 Z=0.000Re1+0.066Ge1+1.116Be1 (1-8) 式中， Y代表彩色的亮度， 由显像三基色配出的恣意彩色光的亮度为 Y

39、=0.299Re1+0.587Ge1+0.114Be1 1-9 通常简化为 Y=0.3R+0.59G+0.11B 1-10 式1-10称为亮度公式。 由表1-2可知在PAL制彩色电视中， 选用的显像三基色和规范白光的色度坐标与NTSC制不一样， 亮度公式中的系数有所不同， 但是两者差别不大， 所以在PAL制中也采用式(1-10)作为亮度公式。 思索题和习题 1. 填空题 (1) 波长在 _nm范围内的电磁波可以使人眼产生颜色觉得， 称为 _。 (2) 由不同光谱混合出一样色光的景象叫 _。 (3) 发光体的颜色由它本身所发出的 _确定。 (4) 不发光体的颜色与 _的光谱和不发光体对照射光的

40、_、_特性有关。 (5) 光通量是按人眼的光觉得来度量的辐射功率， 用符号 _表示。 其单位称号为 _。 (6) 光照度E， 单位为 _， 符号为 _。 (7) 人眼最敏感的光波长为 _nm， 颜色是草绿色。 (8) 杆状细胞 _很高， 但对彩色不敏感。 (9) 人眼的亮度觉得总是 _于实践亮度的， 这一特性称为 _ 。 (10) 视力正常的人视觉暂留时间约为 _s。 (11) 不引起闪烁觉得的最低反复频率称为 _。 (12) 假设照射物体的光强度不变， 物体的反射性能越好， 那么物体越 _。 (13) 描画一种颜色需求用 _、 _和 _三个根本参量。 (14) _反映彩色光的深浅程度。 (1

41、5) 饱和度与彩色光中的 _比例有关， _比例越大， 饱和度越低。 (16) 色饱和度和颜色合称为 _。 (17) 当两种颜色混合得到白色时， 这两种颜色称为 _。 (18) 谱色曲线上恣意一点与E白点的连线称为 _。 (19) 在XYZ计色制中系数 _的数值等于合成彩色光的亮度, 合成彩色光色度由 _的比值决议。 (20) 在XYZ计色制中当 _时， 配出等能白光E白。 2. 选择题 (1) 以下波长的电磁波不可以使人眼产生颜色觉得的是 。 580 nm 680 nm 780 nm 880 nm (2) 在白光下呈绿色的纸在红光下应该呈 。 绿色 红色 白色 黑色 (3) 光源的色温单位是

42、。 摄氏度 华氏度 开氏度 摄氏度或华氏度 (4) 光照度为10-1勒相当于 。 晴天 多云 月光 星光 (5) 彩色三要素是 。 红绿蓝 亮度、 颜色和饱和度 颜色、 色度和色温 颜色、 色度和饱和度 (6) 在彩色电视中， 选用的三基色是 。 红、 绿、 蓝 紫、 青、 黄 紫、 绿、 蓝 红、 绿、 黄(7) 两种颜色互为补色的是 。 红、 绿 紫、 青 黄、 蓝 黄、 绿(8) 绿色、 紫色、 青色相加得到 。 浅绿 浅紫 浅青 浅黄(9) 在XYZ计色制中E白点的坐标为 。 x=1/3、 y=1/3 x=1/2、 y=1/2 x=1、 y=1 x=0、 y=0(10) 亮度公式是 。

43、 Y=0.3R+0.59G+0.11B Y=0.59R+0.3G+0.11B Y=0.59R+0.11G+0.3B Y=0.11R+0.3G+0.59B 3. 判别题 (1) 可见光谱的波长由380 nm向780 nm变化时， 人眼产生颜色的觉得依次是红、 橙、黄、 绿、 青、 蓝、 紫7色。 (2) 不发光体的颜色由本身的反射、 透射特性决议， 与照射光的光谱无关。 (3) PAL制彩色电视的白光规范光源是温度达6500 K的D65光源。 (4) E光源是一种假想光源， 实践并不存在。 (5) 临界闪烁频率只与光脉冲亮度有关， 与其他要素无关。 (6) 饱和度与彩色光中的白光比例有关， 白光

44、比例越大， 饱和度越高。 (7) 分辨力的定义是眼睛对被察看物上相邻两点之间能分辨的最小间隔所对应的视角的倒数。 (8) 任一种基色都可以由其他两种基色混合得到。 (9) 红、 绿、 蓝三色相加得到白色， 所以它们是互补色。 (10) 谱色曲线内恣意两点表示了两种不同的彩色， 这两种彩色的全部混色都在这两点的连线上。 4. 问答题 (1) 不发光体的颜色与哪些要素有关？发光体呢？ (2) 红光源照明时白纸、 红纸、 绿纸各呈什么颜色？带上绿色眼镜再看呢？ (3) 假设程度方向上可分辨出40根红、 绿竖线， 对黑白、 黑红、 绿蓝线的分辨数是多少？ (4) 彩色三要素是什么？ (5) 三基色原理

45、的主要内容是什么？ (6) 黄色、 青色和红色相加混色后是什么颜色？黄色和紫色呢？ (7) 知三基色信号R、 G、 B的相对电平分别为1、 0.5、 0.4, 求混合后亮度信号的相对电平。 二、 视觉特性1. 相对视敏曲线对于一样强度而波长不同的光，给人的亮度觉得是不同的。2. 人眼的亮度觉得即包括人眼所能觉得到的最大亮度范围与最小亮度范围的差别，及在不同环境亮度下对同一亮度所昌盛的客观亮度觉得。3. 人的颜色觉得人眼对彩色觉得的生理特征。三、 彩色三要素和三基色原理1. 彩色三要素彩色光通常可由亮度、颜色、及饱和度三个物理量来描画，这三个量被称为彩色三要素。2. 三基色自然界中绝大多数彩色可

46、用三种不同颜色的单色光按一定比例混合得到，那么这三种颜色就称为三基色。3. 混色法空间混色法时间混色法生理混色法4. 色度三角形1.3.5 彩色图像摄取与重现被摄物体为一彩条，经过摄像后，在三个摄像管上所构成的三幅基色图像与信号如下：彩色图像重现1.3.6 系统分解力与图像明晰度1. 垂直分解力图像垂直分解力取决于系统沿垂直方向所能分解黑白相间的条纹数。M=K*Z2. 程度分解力沿程度方向电视系统所能分解的黑白相间的条纹数。N=K*M三、 色 度 学 1. 彩色三要素定义：亮度、 颜色和饱和度被称为彩色三要素。描画一种颜色需求用亮度、颜色和饱和度描画。 亮度反映光的亮堂程度。 彩色光辐射的功率

47、越大， 亮度越高， 反之亮度越低。 不发光物体的亮度取决于它反射光功率的大小。 假设照射物体的光强度不变， 物体的反射性能越好， 物体越亮堂， 反之越暗。 对于一定的物体， 照射光越强， 物体越亮堂， 反之越暗. 反映彩色的类别， 例如：红、 橙、 黄、 绿、 青、 蓝、 紫等不同颜色。 发光物体的颜色由光的波长决议， 不同波长的光呈现不同的颜色， 不发光物体的颜色由照明光源和该物体的吸收、 反射或透射特性共同决议。 颜色 反映彩色光的深浅程度。 同一颜色的彩色光， 会给人以深浅不同的觉得， 深红、 粉红是两种不同饱和度的红色， 深红色饱和度高， 粉红色饱和度低。 饱和度与彩色光中的白光比例有

48、关， 白光比例越大， 饱和度越低。 高饱和度的彩色光可加白光来冲淡成低饱和度的彩色光。 饱和度最高称为纯色或饱和色。 谱色光就是纯色光， 其饱和度为100%。 饱和度低于100%的彩色称为非饱和色， 日常生活中所见到的大多数彩色是非饱和色。 白光的饱和度为0。 色饱和度和颜色合称为色度， 它表示彩色的种类和彩色的深浅程度。 色饱和度 2、 三基色原理 根据前述光的“同色异谱景象一定的光谱分布，对应着一种唯确定的颜色；但是同一颜色，可以由不同的光谱分布所组成，这种景象称为“同色异谱景象。 。人眼的颜色觉得虽然取决于色光谱布，但是并不能从看到的颜色来测断它们的光谱分布。 彩色电视正是利用这一景象进

49、展颜色重现的。在颜色重现过程中，并非一定要求重现原景物辐射光的光谱成分，而重要的是应获得与原景物一样的彩色觉得。用什么方法才干实现这一目的呢？下面讨论的三基色原理与颜色混配规律为此问题的处理提供实际根据方法。 根据人眼的视觉特性，人眼的彩色分辨率低， 在电视机中重现图像时并不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分， 而应获得与原景物一样的彩色觉得。 因此仿效人眼三种锥状细胞， 可以任选三种基色， 将它们按不同比例进展组合， 可得到自然界中绝大多数的彩色。 自然界中绝大多数的彩色可以分解为三基色，三基色按一定比例混合， 可得到自然界中绝大多数彩色。 混合色的颜色和饱和度由三基色的混合比例决议，

50、 混合色的亮度等于三种基色亮度之和。 在彩色电视中， 选用了红、 绿、 蓝作为三基色， 分别用R、 G、 B来表示。 国际照明委员会(CIE)选定了红基色的波长为700 nm， 绿基色的波长为546.1 nm， 蓝基色的波长为435.8 nm。三基色原理： 三基色必需是相互独立的产生。即其中任一种基色都不能由另外两种基色混合而得到。 自然界中的大多数颜色，都可以用三基色按一定比例混合得到；或者说中的大多数颜色都可以分解为三基色。 三个基色的混合比例，决议了混合色的颜色和饱和度。混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。 混 合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。3.混色方法3

51、、1 混色规律 不同颜色混合在一同，能产生新的颜色，这种方法称为混色法。 混色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，彩色电视就是利用红、绿、蓝三基色相加产生各种不同的彩色。 相减混色中存在光谱成分的相减，在彩色印刷、绘画和电影中就是利用相减混色。它们采用了颜色料，白光照射在颜色料上后，光谱的某些部分使被吸收，而其他部分被反向或透射，从而表现出某种颜色。混合颜料时，每添加一种颜料，都要从白光中减去更多的光谱成分，因此，颜料混合过程称为相减混色。3.2 1853年格拉斯曼H.Grasman教授总 结也以下相加混色定律：1.补色律：自然界任一颜色都有其补色，它与它的 补色按一定比

52、例混合，可以得到白色或 灰色。2.中间律：两个非补色相混合，便产生中间色。 其颜色决议于两个颜色的相对数量， 其饱和度决议于二者在颜色顺序上的 远近。3.替代律：类似色混合仍类似，不论它们的光谱成分能否 一样。4.亮度相加律：混合色光的亮度等于各分色光的亮度之 和。相加混色规律黄青红绿蓝品红白相加混色圆图 红色+绿色=黄色 绿色+蓝色=青色 蓝色+红色=紫色 红色+绿色+蓝色=白色适当改动三束光的强度， 可以得到自然界中常见的彩色光。 红色+青色=白色 绿色+紫色=白色 蓝色+黄色=白色 当两种颜色混合得到白色时， 这两种颜色称为互补色。 红与青互为补色， 绿与紫互为补色， 蓝与黄互为补色。

53、三个顶点代表三基色。附录：相减混色规律 黄白蓝 黄品红白蓝绿红青白红 黄青白蓝红绿 品红白绿 品红青白绿红蓝 黄青品红白蓝红绿黑色3、3 相加混色的实现方法 空间混色法：将三种基色分别投射到同一外表上相邻的三 点， 只需这些点足够的近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨出这三种基色，而只能觉得到它们的混合色。空间事法是同时 制彩色电视的根底。时间混色法：将三种不同的基色以足够快的速度轮番投射到某一平面，由于人眼的视觉惰性，分辨不出三种基色，而只能看 到它们的混合色。时间混色法是顺序制彩色电视的根底。 生理混色法：当两只眼睛同时分别观看不同的颜色，也会产生混色效应。例如，两只眼睛分别戴上红、绿滤波

54、眼镜，当两眼 分别单独观看时，只能看到红光或绿光；当两眼同时观看 时，正好是黄色，这就是生理混色法。4、麦克斯韦计色三角形 麦克斯韦J.C.Maxwall首先用等边三角形简单而直观地表示颜色的色度，这个三角形称为Maxwell颜色三角形，麦克斯韦计色三角形红绿兰青紫紫红兰紫橙黄白黄绿兰绿绿兰RGBRGRBGB它的三个顶点分别表示R、G、B，三角形内任一点都代表自然界的一种颜色，假设设每个顶点到对边的间隔为1，那么三角形内任一点P到三边间隔之和等于1这由几何知识不难证明。 假设令P点到红、绿、蓝三顶点对应的三边的间隔分别为r、g、b，那么r、g、b就是P点所代表彩色的色度坐标，表列出了红、橙、黄

55、、绿、青、蓝、品红、E白的色度坐标值，由这些色度坐标值就可以确定它们在麦克斯韦颜色三角形中的位置。四、计色制与色度图 前面引见了颜色的视觉实际，并从定性的角度引见了颜色的混合规律。在彩色电视实践工程中往往需求对颜色进展计量和对颜色的混合进展定量计算，CIE为此制定了一整套颜色丈量和计算的方法，称为CIE规范色度学系统。其中，它包括好几种不同的计色系统。本节主要引见物理RGB计色系统和XYZ计色系统。配色实验图1、配色实验 图所示的比色计中有两块互成直角的白板屏幕将察看者的视场分为两部分，它们对一切可见光谱几乎全反射。将待配色光F投射到屏幕左边，三种基色光投射于屏幕右边，分别调理它们的强度，直到

56、它们的混合光与待色光F的亮度完全一致为止。此时，整个视场将出现待配光的颜色。 调理三基色光的强度， 直至两块白板上彩色光引起的视觉效果完全一样。 记下三基颜色节器上的光通量读数， 便可写出配色方程 FR(R)+G(G)+B(B) 1-3式中， F为恣意一个彩色光， (R)、 (G)、 (B)为三基色单位量， R、 G、 B为三色分布系数。 要配出彩色量F， 必需将R单位的红基色、 G单位的绿基色和B单位的蓝基色加以混合。 R、 G、 B的比例关系确定了所配彩色光的色度(含颜色和饱和度)， R、 G、 B数值确定了所配彩色光的光通量亮度。 R(R)、 G(G)、 B(B)分别代表彩色量F中所含三

57、基色的光通量成分， 又称为彩色分量。 配成规范白光E白所需红、 绿、 蓝三基色的光通量比为14.59070.0601, 为了简化计算， 规定红基色光单位量的光通量为1 lm， 绿基色光和蓝基色光单位量的光通量分别为4.5907 lm和0.0601 lm。 2 RGB计色系统 RGB计色系统是利用物理三基色和规定的基色量 R 、 G 、 B 建立的一套计色系统，因此也称为物理计色系统，用它可以对一切彩色进展计量和表示。 在只思索彩色光的色度而不思索其光通量即亮度时，起作用的是三色系数R、G、B的比例关系，而不是其数值大小。所以，可以将三色系数R、G、B分别对三色系数总和R+G+B进展归一化，得到

58、r、g、b三个数，即 其中，m称为色模，代表彩色光所含三基色单位的总量，也是三色系数的总和；r、g、b称为相对色系数，也称色坐标，分别表示当三基色单位总量为1时，混配某一色光所需的 R 、 G 、 B 的系数。显然，r+g+b=1。 由于相对色系数的总和为1，所以r、g、b三个值中只需任两个值是独立的，也就是说，用其中的两个量就可以明确表示色度。这样一来，各种彩色的色度就可以用二维的色度图来表示。普通采用r、g两个参量，并以r-g平面直角坐标标志色度。即以r、g两值为坐标值，每种颜色的色度可在r-g直角坐标系中一一表示出来。这样得到的平面几何图形称为RGB色度图或r-g色度图，如 下页图示RG

59、B色度图 。RGB色度图由图可见，红基色单位 R 的色度坐标为r1，gb0；绿基色单位 G 的色度坐标为g1，rb0；蓝基色单位 B 的色度坐标为b1，rg0。而rgb1/3表示前述的等能白光 。通常将图6-10中的 R 、 G 、 B 三点连成的三角形称为彩色三角形，其重心位置即为等能白光的位置。在彩色三角形内部，r与g的和均小于或等于1，且r、g、b都为正值，阐明三基色相加混配出的各种彩色光均在三角形内。 对某些饱和度很高的色光来说，无论怎样的r、g、b比例都无法用三基色混配得出，而必需把一个或两个基色光移到待配光一侧，才干使白板两侧的光有一样的颜色。这时，被移置的基色光的系数可看作是“负

60、的，或者说相应的基色分量是“负光。具有这类性质的光均在彩色三角形之外。 用RBB色度图不能相加配处所需求的颜色，因此国际照明委员会CIE规定了XYZ计色制。物理三基色混色曲线为了便于计算己知辐射功率谱的光源在r-g色度图中的坐标位置，需求首先求出辐射功率为1W的各谱色光的三色系数R1W、G1W、B1W，并专门称之为分布色系数，用 、 、 表示。 、 、 的变化曲线称为物理三基色混色曲线，也称三基色光谱呼应曲线或谱色三刺激值曲线，如 图示物理三基色混色曲线 。、3. XYZ制色度图 RGB计色系统采用物理三基色，因此物理意义清楚，但运用起来却很不方便。为此，CIE规定了另一种计色系统，即XYZ计