人眼的视觉特性

人眼的视觉特性第一页，共四十七页，2022年，8月28日自我介绍姓名：专业：信号与信息处理研究方向：无线通信领域中的相关问题第二页，共四十七页，2022年，8月28日授课教师联系方式第三页，共四十七页，2022年，8月28日第一章绪论§1.1课程简介§1.2我国电视工业发展概述§1.3数字电视技术的发展趋势§1.4光和颜色的本质§1.5人眼的视觉特性第四页，共四十七页，2022年，8月28日课程内容课程目的课程时间安排及参考资料课程考核方式§1.1课程简介第五页，共四十七页，2022年，8月28日课程内容黑白电视彩色电视液晶电视数字电视第六页，共四十七页，2022年，8月28日课程目的使大家了解电视信号处理、传输的基本理论；使大家了解电视机系统；使大家掌握视频信号处理的基本方法。第七页，共四十七页，2022年，8月28日课程时间安排及参考资料本课程共55学时，上课时间：

周四上午3、4节，1-16周周五上午3、4节，1-12周参考资料：李林和主编，《电视机原理与技术》，西安电子科技大学出版社，2003版胡振亚，樊西汉主编，《电视机原理与技术》，河南大学出版社，2001版第八页，共四十七页，2022年，8月28日课程考核方式平时考核与期末考试相结合。平时考核:占30%。期末考试:闭卷笔答，成绩占70%。第九页，共四十七页，2022年，8月28日§1.2我国电视工业发展概述第十页，共四十七页，2022年，8月28日1965年，我国第一台黑白电视机北京牌14英寸黑白电视在天津712厂诞生。1970年12月26日，我国第一台彩色电视机在同一地点诞生，从此拉开了中国彩电生产的序幕。1978年，国家批准引进第一条彩电生产线，定点在原上海电视机厂即现在的上广电集团，该生产线于1982年10月竣工投产。不久，国内第一个彩管厂咸阳彩虹厂成立。在此期间我国彩电业迅速升温，并很快形成规模，全国引进大大小小彩电生产线100条，并涌现出熊猫、金星、牡丹、飞跃等一大批国产品牌。§1.2我国电视工业发展概述第十一页，共四十七页，2022年，8月28日§1.2我国电视工业发展概述第十二页，共四十七页，2022年，8月28日1985年，中国电视机产量已达1663万台，超过了美国，仅次于日本，成为世界第二的电视机生产大国。但由于我国电视机市场受结构、价格、消费能力等条件的限制，电视机普及率还很低，城乡每百户拥有电视机量只有17.2台和0.8台。1987年，我国电视机产量已达到1934万台，超过了日本，成为世界最大的电视机生产国。1985年-1993年，中国彩电市场实现了大规模从黑白电视替换到彩色电视的升级换代。§1.2我国电视工业发展概述第十三页，共四十七页，2022年，8月28日§1.2我国电视工业发展概述1993年，TCL在上半年就开始推出“TCL王牌”大屏幕彩电，29英寸彩电的市场价格在6000元左右。1996年3月，长虹向全国发布了第一次大规模降价的宣言——彩色电视机降低价格8%至18%，两个月后，康佳随后跟进，打响了彩电工业历史上规模空前的价格战。当年4月，长虹的销售额跃居市场第一，国产品牌通过价格将国外品牌的大量市场份额夺在了手中。这场价格战后来也导致整个中国彩电业的大洗牌，几十家彩电生产厂商从此退出。第十四页，共四十七页，2022年，8月28日§1.2我国电视工业发展概述1999年，消费级等离子彩电出现在国内商场。当时，40英寸等离子彩电的价格为十几万元。2001年，中国彩电业大面积亏损，康佳、厦华、高路华亏损，长虹每股利只有1分钱，这种局面直到2002年才通过技术提升得以扭转。2002年，长虹宣布研制成功了中国首台屏幕最大的液晶电视。其屏幕尺寸大大突破22英寸的传统业界极限，屏幕尺寸达到了30英寸，当时被誉为“中国第一屏”。2002年，TCL发动等离子彩电“普及风暴”，开启了等离子电视走向消费者家庭的大门。海信随即跟进。第十五页，共四十七页，2022年，8月28日§1.2我国电视工业发展概述2003年4月，长虹掀起背投彩电普及计划，背投电视最高降幅达40%。2004年，美国开始对中国彩电实施反倾销，导致中国彩电无法进入美国市场。在这一年，中国彩电总销量是3500万台，其中平板彩电销量不过区区40万台，占整个彩电产品的1.14%。2004年10月开始，平板电视在国内几个大城市市场的销售额首次超过了传统CRT(模拟)彩电。2005年上半年，我国平板彩电的销售量达到72.5万台，同比增长260%；城市家庭液晶电视拥有率达到了3.56%，等离子电视拥有率达到了2.81%。第十六页，共四十七页，2022年，8月28日§1.2我国电视工业发展概述近年来，我国大力推行由电视模拟信号向数字信号的转换，计划于2015年前在全国范围关闭模拟信号。其中，2003年-2004年已有北京、上海、青岛、江苏、杭州、佛山、深圳、广州、大连等地开通了数字有线电视播出。2005年，又有福州、厦门等地开通了数字电视的播放。第十七页，共四十七页，2022年，8月28日§1.3数字电视技术的发展趋势第十八页，共四十七页，2022年，8月28日§1.3数字电视技术的发展趋势传统模拟电视的缺陷模拟电视图像清晰度差，存在亮度干扰，大面积闪烁的现象；抗干扰能力差，不能实现远距离传输；会产生彩色失真，出现“鬼影”现象；模拟电视稳定度及可靠性差，不便于集成及不易实现自动控制。第十九页，共四十七页，2022年，8月28日§1.3数字电视技术的发展趋势什么是数字电视？什么是数字化电视？数字电视是指电视节目源的采集、制作、编辑、播出、传输、接收的全过程都采用数字编码与数字传输技术。在传统的模拟彩色电视的内部加入了数字信号处理电路，但接收的仍然是模拟电视信号，仍然属于模拟电视的范畴。第二十页，共四十七页，2022年，8月28日§1.3数字电视技术的发展趋势当前我国的现状电视节目从采集到接收的全过程，大部分实现了数字化，但某些环节仍然采用模拟技术。第二十一页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质第二十二页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质光的本质是什么？由光学知识可知:光是以电磁波形式存在的微粒子流，是一种能携带能量的特殊物质。电磁波的波谱很广，包括无线电波、红外光波、可见光波、紫外光波、X光线、宇宙射线等。其中，人眼能看到的(即能引起人眼视觉的)那一部分光谱叫做可见光。

可见光的波长范围为380nm～780nm，

如图1.1所示。第二十三页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质图1.1可见光在电磁波波谱中的位置第二十四页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质颜色的本质是什么？由实验得知:颜色是不同波长的光波通过人眼视觉产生的印象。

例如，用700nm波长的光作用于人眼，人的感觉印象是红色光；用546.1nm波长的光作用于人眼，人的感觉印象是绿色光；而用435.8nm波长的光作用于人眼，人的感觉印象则是蓝色光。第二十五页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质光有单色光和复合光之分。单一波长的光叫单色光;由几种波长混合成的光叫复合光。一定成分的复合光有一种确定的颜色与之对应,但一种颜色光的感觉并不对应一种光谱组合,有可能是由多种单色光的复合光谱组合引起的，这种现象称为“同色异谱”现象。

例如，546nm波长的绿光与700nm波长的红光按一定比例混合后作用于人眼，可得到波长为580nm的黄光感觉。此时，人眼已分不清是单色黄光还是红、绿两色的混合光。有人说，太阳光只是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色光组合。其实这种说法是不妥当的，因为太阳光是多种单色光的组合，应该不止七色。第二十六页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质通常，把每一种单色光呈现的色调称为谱色，而复合光呈现的混合色称为非谱色。

色是人眼对不同光谱分布的主观反映，物体呈现的颜色不仅取决于物体本身反射或透射某种光谱的属性，同时也取决于光源的特性。采用白光源时，物体如何呈现不同的颜色呢？当白色光照射不发光、不透明的物体时，一部分光波被吸收，一部分光波被反射或透射，由于反射光或透射光的光谱与入射光不同，因此物体呈现出一定的颜色。第二十七页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质光源有哪几种呢？（光源是获得电视图像的先决条件）

光源有两种。一种是物体自身发光的。例如太阳，通电后的电光，点燃后的蜡烛等。另一种是自身不发光，在发光光源的照射下，由于反射或透射而成为光源。例如，能反射光的平面镜，能透射光的蓝玻璃等。第二十八页，共四十七页，2022年，8月28日色光源有哪些呢？色光源有两种。一种是不发光的物质，它在一定功率波谱的照射下，因反射一定的光谱成分并吸收其余部分而呈现相应的色彩。例如，太阳光照射在树上，树叶反射了绿色光波并吸收其它光谱成分，因而树叶呈现绿色。

另一种是本身发光的色源，它的辐射光谱引起人眼产生一定彩色的感觉。§1.4光和颜色的本质第二十九页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质光源的选择问题

由于照射光源不同，同一物体会使人眼感受到不同颜色，即物体所呈现的颜色与光源有关。这是因为各种光源所含的光谱不同，随波长不同有不同的辐射能量，因此在不同光源照射下，同一物体会引起人产生不同的彩色感。

例如，白色光照射绿色物体呈现绿色，而红光照射绿色物体则呈现暗黑色。第三十页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质标准光源在电视技术中，采用白光源还是色光源呢？回答是选用白光源。这是因为人眼对太阳光的感觉是白色，并且太阳光含有各种光谱。

然而，即使同为白光源，这些白光源也会呈现不同的颜色。为了统一测量标准，国际上规定了A、B、C、D、E五种标准光源，它们有各自不同的光谱特性。这5种标准白光的光谱能量分布如图1.2所示。第三十一页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质图1.2各种标准光源所发出光的光谱能量分布第三十二页，共四十七页，2022年，8月28日§1.4光和颜色的本质A光源：相当于钨丝灯在温度为2800K时发出的光，其波谱能量主要集中在红光区域，因此A光源发黄红色的光。B光源：接近于正午直射的阳光。C光源：相当于白天的自然光，其波谱能量在450nm左右波长处最大，是带些蓝色的白光。D光源：相当于白天直射阳光和散射光混合的光。它可以由彩色显像管所采用的红、绿、蓝三色荧光粉发出的光按适当比例混合得到。E光源：是一种理想的等能量光源。即是说该光源的光谱能量分布是不随波长变化而变化的。这种光源在自然界中是不存在的，仅是科研中的理论光源。第三十三页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征第三十四页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征为什么要研究人眼的视觉特性？

电视机重现的图像是供人观看的，是通过人眼感受的，因此，电视系统的设计必须考虑到人眼的特点和实际需求。

人眼的视觉特性是电视技术发展的重要依据。第三十五页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征人眼的亮度视觉

人眼最重要的视觉功能是对客观景物的亮度感觉。亮度就是人眼对光的明暗程度的感觉。同一波长的光，当其强度不同时，给人的亮度感觉是不同的；同样，相同强度而波长不同的光，给人的亮度感觉也是不同的。

实验证明，人眼对不同波长的光的灵敏度是不同的。人眼的这种视觉特征称为人眼的视敏特性，常用视觉灵敏度曲线(视敏度曲线)来描述。第三十六页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征图1.3人眼的视觉灵敏度曲线图1.3所示的是国际通用的视敏度曲线，也叫相对视敏曲线，该曲线是通过对大量视力正常者的实验统计得到的。第三十七页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征

由图可知，人眼对不同颜色光的亮度感觉是不一样的，人眼最敏感的光波长为555nm，呈草绿色。在555nm处两侧，随着波长的增加或者减小，亮度感觉会逐渐降低。

并且，在可见光谱（380nm~780nm）之外，即使辐射能量再强，人眼也没有感觉（超出了可见光的频谱范围）。第三十八页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征人眼的色度感觉

实验得知，人眼视网膜上有三种色敏细胞，分别对红、绿、蓝光特别敏感。而且，当它们受到某种光源辐射能量刺激时，根据对三种细胞刺激量比例关系的不同，人会产生不同的色感。例如，当一束黄色光射入人眼时，只对红敏细胞和绿敏细胞产生刺激，引起人的黄色视觉;当一束紫光射入人眼时，对红敏细胞和蓝敏细胞产生刺激，引起人的紫色视觉。第三十九页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征不同颜色的光对三种细胞的刺激量是不同的，因此产生的彩色视觉也是各异，从而我们人眼能分辨出五光十色的颜色。

在彩色电视技术中正是利用了这一原理，在视觉图像的重现过程中，不是重现原来景物辐射光的光谱分布，而是利用三种相似于红、绿、蓝色敏细胞的特性曲线的三种光源进行配色，使其在色感上达到相同的彩色感觉。这就是三基色原理。利用三基色原理，可以大大的简化彩色电视信号的传送与重现过程。第四十页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征人眼的分辨力

当人用眼观看黑白图像中的两个点时，在规定的光照下，人边看边后退，当图像中两点将要混成一个点但还未混成一点时，人眼和图像中两点之间的夹角称为人眼分辨角，用θ表示，正常人的θ为1′~2′。则人眼的分辨力可定义为分辨角的倒数，用M来表示。分辨角θ越小，人眼的分辨力M就越大。

人眼对黑白图像细节的分辨能力，称为黑白图像分辨力；人眼对彩色图像细节的分辨能力，称为彩色图像分辨力。人眼对黑白图像和彩色图像的分辨力是否一样？第四十一页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特征

大量的实验表明，人眼对图像色彩细节的分辨力远低于对图像黑白细节的分辨力。而且，人眼对不同颜色的分辨力也是各不相同。

例如，相隔一定距离观看黑白相间的等宽条形，恰能分辨黑白差别；如果用红、绿相间的同等宽度的条形替换它们，此时，人眼看到的仅是一片黄色，

分辨不出红、绿之间的差别。第四十二页，共四十七页，2022年，8月28日§1.5人眼的视觉特