第1章 彩色与视觉特性

1电视技术华南师范大学教育信息技术学院2014.02黄子谦主讲2联系方法：TelQ:4485283823思考题为什么要学习《电视技术》？我们应当学习哪些电视技术？如何才能学习好电视技术？4A15A16A27A28A39A310哪一幅图片的彩色最准确？白黄青绿品红红蓝黑白黄青绿品红红蓝黑11哪一幅图片的彩色最准确？白黄青绿品红红蓝黑白黄青绿品红红蓝黑12131415161718为什么要学习《电视技术》？电视技术与多媒体技术密不可分电视技术与计算机网络技术密不可分我们专业的两大发展方向：计算机多媒体技术计算机网络技术19电视技术与多媒体技术密不可分电脑的显示及配色以“显像三基色”为基础显示器的选择与评价软件中的配色效果视频是多媒体的一种重要表现形式视频编缉中的格式选择视频编缉中的质量标准多媒体技术丰富了电视技术的发展VCD、DVD、数字电视等实际上属于多媒体技术在电视中的应用20软件中的配色21视频编缉中的格式选择22视频编缉软件中的标准测量工具23电视技术与网络技术密不可分电视网络与计算机网络异曲同工视讯宽带网的发展不容忽视交互式电视可以理解为一种典型的多媒体网络现代的计算机网络离不开电视信号的传输远程监控已成为互联网发展的一个新的热点如何将视频信号由监控点传输到计算机主机需要应用电视传输技术24我们应当学习哪些电视技术？《电视技术》主要内容人眼的视觉特性和色度学电视图像的传送原理与三种彩电制式电视传输系统（地面广播、卫星广播、有线电视及闭路监控系统等）摄录像技术（彩色CCD摄像机、监视器及录像技术的发展等）视频压缩技术（数码相机、VCD、DVD）多媒体技术（可视电话、会议电视、IPTV）数字电视与高清晰度电视25如何学习电视技术？理论联系实际注意与其他相关课程的配合学习及时完成课后练习多留意相关的学习资源26第1章彩色与视觉特性27第1章彩色与视觉特性1.1光的性质11.1.1可见光谱11.1.2物体的颜色11.1.3标准光源21.1.4光的度量单位21.2人眼的视觉特性31.2.1视觉灵敏度31.2.2彩色视觉31.2.3分辨力41.2.4视觉惰性51.3色度学51.3.1彩色三要素51.3.2三基色原理61.3.3颜色的度量71.3.4显像三基色和亮度公式928第1章彩色与视觉特性教学目的：了解彩色电视传像的光学基础了解电视系统的常见光学参数掌握电视画面质量的主观评价方法291.1光的性质1.1.1可见光谱11.1.2物体的颜色11.1.3标准光源21.1.4光的度量单位2301.1光的性质光是一种以电磁波形式存在的物质，人眼可以看见的光叫可见光，它是波长范围为380nm到780nm之间的电磁波。31光的特性

A.可见光的波长范围有限，它只占整个电磁波谱中极小的一部分。

B.不同波长的光呈现的颜色各不相同，随着波长由长到短，呈现的颜色依次为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。C.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（复色光），复合光作用于人眼，呈现混合色。例如，太阳辐射的光含有七种单色光的波谱，但却给认以白光的综合感觉。

D.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，它是不能再分解了，这种单一波长的色光也称谱色光321.1.1可见光谱331.1.2物体的颜色(1).颜色的来源：

A.一种是发光体所呈现的颜色，例如各种彩色灯和霓红灯等所发出的彩色光；

B.另一种是物体反射或透射的彩色光。那些本身不发光的物体，在外界光线照射下，能有选择地吸收一些波长的光，而反射或透射另一些波长的光，从而使物体呈现一定的颜色。341.1.2物体的颜色

(2).既然物体呈现的颜色是由于物体反射(或透射)光的种类不同而产生的，那么物体呈现的颜色显然与照射它的光源有关。例如：绿草的绿色是由于它在日光照射下才表现出来的，如果把绿草拿到红光下观察，就会发现它不再是红色而近乎是黑色的，这是因为红色光源中没有绿光成分，绿草全部吸收了红光，所以变成黑色。人们日常生活中都会有这样的经验，某些东西在日光下看到的颜色与在灯光下看到的颜色有差异，恰恰说明由于日光与灯光这两种光源所含的光谱成分不同，使同一物体表现为不同的颜色。351.1.2物体的颜色(3).不能从看到的颜色来判断光谱的分布。是因为虽然一定的光谱分布表现为一定的颜色，但同一颜色则可由不同的光谱分布而获得。

例如，黄色可以由单一波长的黄光产生，也可以由两种波长不同的光(红光和绿光)按一定比例混合而产生，二者给人的颜色感觉却是相同的。

361.1.3标准光源(1).通常的照明光源，如太阳、日光灯、白炽灯泡等所发出的光虽然都笼统地称其为白光，但由于发光物质不同，它们的光谱成分相差很大，用它们照射相同物体时，呈现的颜色则相差较大。例如，白炽灯泡偏橙红（呈暖色调），而汞灯偏青蓝（呈冷色调）。为了比较和区别各种光源的特性，国际照明委员会(CIE)规定了A、B、C、D、E等几种标准白色光源，并以基本参量"色温"予以表征。

371.1.3标准光源A光源：相当于2800K钨丝灯所发的光。其色温为2854K。它的光谱能量分布主要集中于波长较长的区域，因而A光源的光总带着橙红色。

B光源：相当于中午直射的太阳光。其色温为4800K。在实验室中可由特制的滤色镜从A光源中获得。

C光源：相当于白天的自然光。色温为6800K。其波谱成分在400～500nm处较大，因此C光源的光偏蓝色。它被选作为NTSC制彩色电视系统的标准白光源。

D光源：相当于白天平均照明光。因其色温为6500K，故又称D65光源。它被选作为PAL制彩色电视系统的标准白光源。

E光源：是一种理想的等能量的白光源，其色温为5500K。

381.1.3标准光源色温的概念：

当绝对黑体在某一特定绝对温度下，所辐射的光谱与某光源的光谱具有相同的特性时，则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的色温，单位以K表示。所谓绝对黑体是指既不反射光、也不透射光，而完全吸收入射光的物体，被加热时的电磁波辐射波谱仅由温度决定。391.1.4光的度量单位发光强度：坎【德拉】，英文为cd光通量：流明，英文lm亮度单位：（尼特：nit）照度单位：勒【克斯】英文为lx，定义：典型的亮度：LCD250～400PDP400～800典型的光通量：LCD投影400～2000lm摄像机最低照度：1～5lx摄像机标准照度为1800～2000lx401.2人眼的视觉特性1.2.1视觉灵敏度31.2.2彩色视觉31.2.3分辨力41.2.4视觉惰性5411.2人眼的视觉特性电影、黑白及彩色电视技术，均是利用了人眼视觉的某些特性而实现的。黑白电视中，不但利用了人眼的视觉惰性，同时还利用了人眼分辨力的局限性(即当相邻像素靠近到一定程度时，人眼无法分辨，会产生连续象素的感觉)。彩色电视中，除了利用以上特性外，还利用了人眼的彩色视觉特性，主要包括视敏特性和彩色视觉。421.2.1视觉灵敏度1.相对视敏曲线。

(1).在可见光范围内，同一波长的光，当其强度不一样时，给人的亮度感觉是不相同的；对于相同强度而波长不同的光(E光源)，给人的亮度感觉也是不同的。

(2).实践证明，人眼感到最亮（最灵敏）的是黄绿色，最暗（最迟钝）的是蓝色和紫色。如相对视敏曲线所示(E光源)。43441.2.1视觉灵敏度

2.人眼的亮度感觉。

(1).亮度感觉的含义：

亮度感觉，即包括人眼所能感觉到的最大亮度与最小亮度的差别及在不同环境亮度下对同一亮度所产生的主观明亮程度的感觉。45

2.人眼的亮度感觉。

(2).人眼的亮度感觉的特点

A.人的视觉范围很宽，能感受到的亮度范围大约从百分之几到几百万。

B.在不同环境亮度下，人眼对同一亮度的主观感觉也不相同。实验表明，人眼察觉亮度变化的能力是有限的，且随着亮度B的增大，能觉察的最小亮度变化也增大；但在相当大的亮度范围内，可察觉的最小亮度变化与相应亮度之比()却等于一个常数。

C.上述特性告诉我们：电视重现景像的亮度无需等于实际景物的亮度；人眼不能觉察出的亮度差别，在重现景像时可不予精确复制，只要保持重现图像的对比度，就会有十分逼真的感觉。这给电视图象的传输与重现带来了极大的方便。461.2.2彩色视觉

(1).人眼视网膜里存在着大量光敏细胞；按其形状可分为杆状和锥状两种。白天的视觉过程主要靠锥状细胞来完成，夜晚视觉则由杆状细胞起作用，所以在较暗处无法辨别彩色。

(2).锥状细胞又分为三类，分别称为红敏、绿敏和蓝敏。如果某束光线只能引起某一种光敏细胞兴奋、而另外两种光敏细胞仅受到很微弱刺激，我们感觉到的便是某一种色光。随着三种光敏细胞所受光刺激程度上的差异，会产生各式各样的彩色感觉。47(3).当我们在摄取彩色景物时，若用三个分别具有与人眼三种锥状细胞相同光谱特性的摄像管，分别摄取代表红、绿、蓝三个彩色分量的信号，经处理、传输，再通过显像管的红、绿、蓝荧光粉受电子轰击发光，转换成原来比例的彩色光，即可实现彩色图像的重现。

4849501.2.3分辨力人眼分辨景物细节的能力称为分辨力。1.黑白细节分辨力当与人眼相隔一定距离的两个黑点靠近倒一定程度时，人眼分不出两个黑点。感觉只有一个黑点。2.彩色细节分辨力当与人眼相隔一定距离的两个彩色点靠近倒一定程度时，人眼分不出两个点。感觉为两种颜色叠加的一个彩色点。511.2.3分辨力人眼分辨景物细节的能力称为分辨力。因为实际的分辨角

很小，因此

(弧度)＝3438(分)，大致和可分辨的紧邻两点间距d成正比,和观看距离L成反比。52人眼对彩色细节的分辨力考虑人眼对彩色细节的分辨力较差，彩色电视系统在传送彩色图像时，细节部分只传送黑白图像，而不传送彩色信息。（大面积着色原理）1.2.3分辨力彩色细节类别黑白黑绿黑红黑蓝绿红红蓝绿蓝分辨力（％）100949026402319531.2.3分辨力3.彩色色调分辨阀在可见光谱中，从蓝到红分布着不同的颜色，人眼能分辨出色调的差别的最小波长变化称为色调的分辨阀。当饱和度减少时，人眼的色调分辨力将下降；当亮度太大或太小时，人眼的色调分辨力也会下降。541.2.3分辨力彩色饱和度分辨力人眼能分辨出自然界的各种颜色具有不同的饱和度，但对不同颜色的饱和度变化有不同的灵敏度。黄色区域灵敏度较差（4个等级），红色、蓝色区域灵敏度较高（25个等级）。551.2.4视觉惰性视觉惰性临界闪烁频率主观亮度感觉与实际亮度的关系561.2.4视觉惰性视觉惰性当一定强度的光突然作用于视网膜时，不能在瞬间形成稳定的主观亮度感觉，而有一个短暂的过渡过程。当光消失后，亮度感觉也不会瞬间消失，而是按指数函数的规律逐渐减少。人眼的主观亮度感觉滞后于实际亮度变化的特性，称为视觉惰性。571.2.4视觉惰性临界闪烁频率如果人眼受周期性的光脉冲照射，在重复频率不够高时，会产生一明一暗的闪烁感觉。当重复频率提高到某一定值以上时，人眼形成不闪烁光源的感觉。不引起闪烁感觉的光脉冲最低重复频率，称为临界闪烁频率。临界闪烁频率fc=algLm+b（a，b均为常数，典型值a＝9.6，b＝26.6）581.2.4视觉惰性临界闪烁频率对于电视系统，临界闪烁频率fc=algLm+b（a，b均为常数，典型值a＝9.6，b＝26.6）例如：如果屏幕亮度约为100nit，环境亮度为0，欲使电视图像不闪烁，其换幅频率应高于45.8HZ。如果屏幕亮度约为800nit，环境亮度为0，欲使电视图像不闪烁，其换幅频率应高于54.5HZ。591.2.4视觉惰性主观亮度感觉与实际亮度的关系对于重复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲，主观亮度感觉等于光脉冲亮度的平均值。601.3色度学1.3.1彩色三要素51.3.2三基色原理61.3.3颜色的度量71.3.4显像三基色和亮度公式9611.3.1彩色三要素

(1).对于彩色光通常可由亮度、色调、色饱和度三个物理量来描述，这三个量常被称为彩色三要素。

(2).色调和饱和度合称为色度。色度即说明彩色光颜色的类别，又说明了颜色的深浅程度。在彩色电视系统中，所谓传输彩色图像，实质上是传输图像像素的亮度和色度。

621.3.1彩色三要素

A.亮度：

是指彩色光作用于人眼引起明暗程度的感觉，通常用Y来表示；亮度与色光的能量及波长的长短有关。63641.3.1彩色三要素

B.色调：

是指彩色光的颜色类别。通常所说的红色、绿色、黄色等等就是指其色调不同。彩色光的色调取决于其光谱成分；而彩色物体的色调，则取决于物体在光线照射下，所反射（或透射）的光谱成分，当然也同样与照射它的光源有关。

651.3.1彩色三要素

C.饱和度：

是指颜色的深浅程度，即颜色的浓度。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，它的颜色就越深；饱和度越低，它的颜色就越浅。在某一色调的彩色光中掺入白光，会使其饱和度下降，掺入的白光越多，其饱和度就越低。661.3.2三基色原理(1).混色的含义(2).基色光与三基色(3).三基色原理(4).混色方法(5).混色三角形671.3.2三基色原理(1).混色的含义：不同波长的光会引起人眼不同的彩色感觉，两种不同光谱成分的光经混合，能引起人眼有产生与某种单色光相同的彩色感觉，即单色光的颜色可以由几种颜色的混合光（复色光）来等效；这一现象称混色。利用混色的方法，人们可以只用几种颜色的光来仿造出大自然中大多数的彩色，而不必去追究这些彩色光的光谱成分。

681.3.2三基色原理(2).基色光与三基色：人们在进行混色实验时发现：只要选取三种不同颜色的单色光按一定比例混合就可以得到自然界中绝大多数色彩，具有这种特性的三个单色光叫基色光，对应的三种颜色称三基色。彩色电视中所采用的三基色分别是红色、绿色和蓝色。

691.3.2三基色原理(3).三基色原理：

A.三基色必须是相互独立的产生。即其中任一种基色都不能由另外两种基色混合而得到。

B.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。

C.三个基色的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度。

D.混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。701.3.2三基色原理(4).混色方法加色法（光的三基色：红、绿、蓝）

红光+绿光=黄光

红光+蓝光=紫光（品红）

绿光+蓝光=青光

红光+绿光+蓝光=白光

减色法711.3.2三基色原理加色法（光的三基色：红、绿、蓝）721.3.2三基色原理减色法（颜料的三原色，打印机一般用黄、品、青，美术画画用红、黄、蓝）731.3.2三基色原理相加混色方法A.空间混色法：

利用人眼空间细节分辨力差的特点，将三种基色光在同一平面的对应位置充分靠近，只要三个基色光点足够小且充分近，人眼在离开一定距离处将会感到是三种基色光混合后所具有的颜色。这种空间混色的方法是同时制彩色电视的基础。（显像管，等离子屏显示，液晶显示器等）

B.时间混色法：

利用人眼的视觉惰性，顺序地让三种基色光出现在同一表面的同一处，当相隔的时间间隔足够小时，人眼会感到这三种基色光是同时出现的，具有三种基色相加后所得颜色的效果。这种相加混色方法是顺序制彩色电视的基础。（单片式DLP投影机）

C.生理混色法：

人的两眼同时分别观看不同颜色的同一彩色景像时，使之同时获得两种彩色印像，两种彩色印像在大脑中产生相加混色的效果。（头戴式虚拟电视机）741.3.2三基色原理（5）色度三角形751.3.3颜色的度量配色实验配色方程计色制及色度图761.3.3颜色的度量配色实验771.3.3颜色的度量配色方程

式中F表示待配色的彩色光的彩色量；（R）、（G）、（B）分别为红（波长700nm）、绿（波长546.1nm）、蓝（波长435.8nm）三基色的单位量，其中，1（R）=1cd，1（G）=4.5907cd，1（B）=0.0601cd；R、G、B分别为三基色的调节器的读数，也称为三基色系数。

式（1-6）的配色方程式，适合于配置一切彩色，只不过对于不同彩色三色系数不同而已。

(3).对于等能白光，R=B=G=1

781.3.3颜色的度量对色度而言，起决定作用的是R/G/B的比例。令则r+g+b=1,所以，为了简便，只记录r和g791.3.3颜色的度量以r为横坐标，g为纵坐标，将配出各种波长的单色光需要的r和g值作为该单色光的相对色度坐标，便可得到RGB色度图801.3.3颜色的度量计色制及色度图(1).RGB计色制及其色度图：(2).XYZ计色制及其色度图：81RGB制与XYZ制的关系83绿偏黄青绿青青蓝蓝偏紫紫偏蓝紫偏红红偏紫粉红黄橙黄橙白xy橙紫红84851.3.4显像三基色和亮度公式1.显像三基色的选择原则：尽量靠近CIE（国际照明委员会）光谱三基色，同时兼顾荧光粉的发光效率。不同的显像管所采用的荧光粉配方可能并不相同，因而彩色有所差异。861.3.4显像三基色和亮度公式2.亮度公式NTSC：Y＝0.299Rn＋0.587Gn＋0.114BnPAL：Y＝0.222Rp＋0.707Gp＋0.071Bp

由于NTSC制彩色电视广播发展较早，大量的电视设备都是按它设计的，所以PAL制中没有采用自己的亮度方程，而是延用了NTSC的亮度方程式，使用了与NTSC制彩色电视相同的显像三基色（显像管）。为了书写方便，一般应用中，略去显像三基色系数下标，并被近似地写为：