信息显示技术原理21课件

信息显示技术原理4/10/20231第二章显示参量与人的因素2.1光度学基础

4/10/20232电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素

2.1.1光的特性电磁辐射波谱780nm380nm4/10/20233电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1光的特性

光源的光谱特性描述：绝对黑体的热辐射作为光源的客观标准。当物体的吸收率α=1时，则表示该物体能全部吸收投射来的各种波长的热辐射线，这种物体称为绝对黑体，或简称黑体（blackbody）。黑体是对热辐射线吸收能力最强的一种理想化物体，实际物体没有绝对黑体。但在理论研究中可设计种种绝对黑体。

例如：设有一个空心容器，器壁由不透明材料制成，器壁上开有一个小孔，这样即可构成一个黑体。因为当射线射入小孔后，将在空腔中进行多次反射，每次反射器壁的内表面就吸收一部份能量，若小孔孔径开的很小，远远小于容器的表面积。这样，射线即可认为被小孔全部吸收。小孔就可认为是绝对黑体。绝对黑体的发射率也为1。4/10/20235电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1光的特性

1.光的波长范围有限，它只占整个电磁波波谱中极小的一部分。

2.不同波长的光呈现出的颜色各不相同，随着波长由长到短，呈现的颜色依次为：

红、橙、黄、绿、青、蓝、紫

3.只含有单一波长的光称为单色光；包含有两种或两种以上波长的光称为复合光，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。4/10/20236电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1光的特性

4.太阳发出的白光中包含了所有的可见光，若把太阳辐射的一束光投射到棱镜上，太阳光会经过棱镜分解成一组按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序排列的连续光谱，被分解之后的色光，若再次经过棱镜，就不能再分解了，这种单一波长的色光称谱色光。4/10/20237电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素

2.1.1光的特性一般来说，某一物体的彩色化是该物体在特定光源照射下所反射(或透射)的一定可见光谱成分作用于人眼而引起的视觉效果。例如：一块布受到太阳光的照射后，主要反射了蓝色光谱成分，吸收了白光中其余的光谱成分，就能引起人眼的蓝色视觉效果，引起我们说是蓝色的布。2.1.1光的特性彩色感觉既决定于人眼对可见光谱中的不同成分有不同视觉效果的功能，同时又决定于光源所含有的光谱成分以及物体反射(或透射)和吸收其中某些成分的特性。所以，同一物体在图同光源照射下人眼感觉到得颜色也有所不同。例如，在白炽灯下看蓝色的不，其颜色就不如自然光下那样鲜艳；而在暗室中用绿光光源照射蓝色的布，则为黑色，这是因为白炽灯光中蓝光成分较少，而蓝色的不完全吸收了绿色光谱的缘故。结论：人眼的彩色感觉是主观（人眼的视觉功能）和客观（物体属性与照明条件的综合效果）想结合的系统中所发生的生理物理过程，二者缺一不可。4/10/20239电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.2光源一、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）。4/10/202310电工学院光电工程专业2.1.2光源色温–就是光的颜色。黑体辐射温度,以开尔文表示（K）低色温的是暖色，高色温的是冷色4/10/202311电工学院光电工程专业2.1.2光源一、色温的概念

4/10/202313电工学院光电工程专业2.1.2光源一、色温的概念

色温CT－当一个光源的颜色与完全辐射体（黑体）在某一温度时发生的光色相同时，完全辐射体的温度（绝对温度，开尔文，用K表示）就叫做光源的色温。完全辐射体的温度（黑体）是一个假想的理想物体。它即不反射，也不透射，能把投射在它上面的辐射全部吸收。黑体加热到高温就产生辐射。在800~900K温度下，黑体辐射呈红色，3000K时呈黄色，5000左右呈白色，在8000~10000K之间呈淡蓝色。

低色温的光是暖色光，高色温的光是冷色光。4/10/202314电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.2光源二、标准照明体和标准光源标准照明体代表模拟A色温于2856K完全辐射体的光近日出或日落时之日光B色温约4874K的直射阳光近正午之阳光C色温约6740K的平均日光相似北方45度仰角之日光D50色温约5000K的日光印刷工艺用之标准光D65色温约6504K的日光平均太阳光D75色温约7500K的日光相似北方天空之日光4/10/202315电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础4/10/202317电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础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。人的视网膜通过神经元来感知外部世界的颜色。每个神经元或者是一个对亮度和颜色敏感的锥体细胞，或者是一个只对亮度敏感而对颜色不敏感的杆体细胞。4/10/202318电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础1.光谱光视效率光的度量是指用人眼的视觉度量光。视觉效应是由可见光刺激人眼引起的。如果光的辐射功率相同而波长不同，则引起的视觉效果也不同，不仅颜色感觉不同，而且亮度感觉也不同。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。4/10/202319电工学院光电工程专业4005006007000.20.40.60.81.0/nm第二章显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础明视觉暗视觉1933年国际照明委员会（CIE）测得的明视觉与暗视觉的光谱光视效率曲线光谱效率4/10/202321电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础2.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。4/10/202322电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础光通量Φ：单位是lm,读作流明按人眼光感觉度量的辐射功率。1流明等于发光强度为1

cd的点光源，在1球面度立体角内发射的光通量。1

lm=1

cd·sr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。 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。4/10/202323电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础亮度L:单位是cd/m2，读作坎/米2 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）4/10/202325电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础光源光通量(流明)光强(坎德拉)眼睛亮度(坎/平方米)照度(勒克斯)从光源到眼睛4/10/202326电工学院光电工程专业例如：

用一只发光为1750流明的100瓦白炽灯泡照明一个

3×3＝9平方米的房间，

其平均照度为1750/9＝194.4勒克斯照度(Illuminance):入射于被照物体单位面积上的光通量.单位:勒克斯(lux,简写为lx),客观存在,与被照物和人的感受无关.E=ddS照度光通量面积2.1.3人眼的视觉生理基础4/10/202329电工学院光电工程专业lmluxcdcd/m2cd/m2亮度单位面积内的光强，眼睛感受到的光强度。和物体的反射率有关。2.1.3人眼的视觉生理基础4/10/202330电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.4亮度、彩色与立体视觉1.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。暗视觉比明视觉的相对视敏度曲线偏左。4/10/202331电工学院光电工程专业明暗视觉4/10/202332电工学院光电工程专业明暗视觉4/10/202333电工学院光电工程专业明暗视觉

视紫红质是一种结合蛋白质，由一分子称为视蛋白（opsin）的蛋白质和一分子称为视黄醛（retinene）的生色基团组成。视黄醛由维生素A转变而来，后者是一种不饱和醇，在体内可氧化成视黄醛。长期摄入维生素A不足，将会影响人的暗视觉，引起夜盲症（nyctalopia）。4/10/202334电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.彩色视觉彩色光的三个基本参量(彩色三要素)：（1）亮度——光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉。（2）色调——表示颜色的种类。（3）饱和度——表示颜色的深浅程度。即彩色的 纯度，掺入白色的程度。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。4/10/202335电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素3.立体视觉双眼立体视觉：两眼相距约58-72mm,两眼视物相当于从不同角度看物体，物体融合为立体图像。形成双眼立体视觉的主要因素是视差和辐辏。4/10/202336电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素3.立体视觉双眼立体视觉：4/10/202337电工学院光电工程专业3.立体视觉——双眼立体视觉4/10/202338电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素2.1.5人眼的视觉特性1.视觉的时间特性人眼视觉的另一特性是观察运动的分辨率有限。与人耳能听连续的声波不一样，一系列离散的独立画面在视觉残留的作用下乍起来就可能像连续的一样。电视和动画利用了这一特性，即一系列前后衔接变化不大的静止图像(帧)的快速切换造成运动的效果。在帧与帧之间的切换时间内是没有光线的。产生视觉真实有两个要求:首先，图像的复现速度必须足以保证帧与帧之间的动作过渡很平滑；其次，图像的复现速度还必须足以使视觉残留能覆帧切换时所产生的闪烁。4/10/202339电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素视觉适应能力

人眼对亮度的适应能力范围大约是一千万比一。除了瞳孔的调节作用之外，主要是视觉细胞的调节作用。人眼看物体感到亮与不亮，这就是主观亮度。与观察着的生理和心理特性直接相关。此外也决定于视网膜上所接收到得光的照度。视网膜上光的照度E=BTAcosthet/K式中，E——视网膜上的照度（Lx）

B——被观察物体的亮度（cd/m2）

A——瞳孔的面积（m2）

T——眼睛的透射率，约为0.55-0.75；

K——常数=视网膜面积/视角场立体角当眼睛直视物体时，角度为0，则E=BTA/K。4/10/202340电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素视觉适应能力

瞳孔的直径变化范围为2mm至8mm，则面积有16倍的改变。当人从明亮的环境进入黑暗的环境，瞳孔改变使得进入人眼的光量为10-20倍范围。

暗适应：视紫红质的分解速度比合成速度快得多，人由强光环境突然进入暗环境时，视觉暂时丧失，称暗适应。进入黑暗环境的初期，暗适应进行较快，而在后期，进行较慢。基本达到暗适应需要15分钟，完全达到适应需要40分钟，此时视觉的感受能力提高了约十万倍！另外，红光对杆状细胞的视紫质不起破坏作用，所以红光不阻碍杆状细胞的暗适应过程。因此在黑暗环境下工作的人们，在进入光亮环境之前，通带上红色眼睛，这样再回到黑暗环境时候，仍然保持原来适应水平。4/10/202341电工学院光电工程专业第二章显示参量与人的因素视觉适应能力明适应的进程很快，通常在几秒钟内即可完成。其机制是视杆细胞在暗处蓄积了大量的视紫红质，进入亮处遇到强光时迅速分解，因而产生耀眼的光感。只有在较多的视杆色素迅速分解之后，对光较不敏感的视锥色素才能在亮处感光而恢复视觉。

信号灯，车辆的尾灯都采用红光也是利于暗适应。夜航的飞机、舱中的指示仪表也采用红光照明。但实际上，正常适应亮度时候，眼睛的亮度范围1000：1；在亮度很低时候，只有10：1。因此，在晴朗的白天摄取外面的景物时，可分辨的来亮度范围约为200-20000cd/m2，低于200cd/m2亮度都引起黑色的感觉。利用人眼的适应性，把拍摄的景物在2-200cd/m2范围的电视屏幕上重现出来，在平均亮度的较低的室内观看，人的主观感觉与实际景物基本上相同。因此，重要的是二者的最大和足校亮度比值，绝对亮度不起主导作用。

4/10/202342电工学院光电工程专业视觉适应能力4/10/202343电工学院光电工程专业(2)人眼的黑白细节分辨力

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4/10/202344电工学院光电工程专业d/（2πD）=θ/360*60θ=3438*d/D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。人眼相当于一个低通滤波器。M条纹Ddθ

H4/10/202345电工学院光电工程专业(3)彩色细节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。——大面积着色原理背景颜色白红蓝斑点颜色黑绿.绿.可分辨的斑点直径1mm2.5mm5mm细节色别黑白黑绿黑红黑蓝绿红红蓝绿蓝分辨力100%94%90%26%40%23%19%4/10/202346电工学院光电工程专业

人眼对不同波长的光有不同的色调感觉。人眼能分辨出色调差别的最小波长变化称为色调分辨阈，色调分辨力与色调分辨阈成反比。色调分辨力随波长变化而改变，480～640nm

区间色光的色调分辨力较高。饱和度变小时，人眼的色调分辨力下降。亮度太大或太小时，人眼的色调分辨力下降。(4).彩色色调分辨力4/10/202347电工学院光电工程专业(5)彩色饱和度分辨力视觉所能分辨的色光饱和度由100%到0变化的等级数称为彩色饱和度分辨力。彩色饱和度分辨力随波长变化而改变。数值在 4～25之间。红色、蓝色区域饱和度分辨力较高。4/10/202348电工学院光电工程专业(7)视觉惰性与闪烁感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4/10/202349电工学院光电工程专业(7)视觉惰性与闪烁感觉在亮光下，注视圆环中的十字，约1分钟。然后将视线移至远