《彩色電視基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

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1、電視原理 鄧記才,第一章 彩色電視基礎(chǔ),彩色電視傳送景物的過(guò)程，就是把一幅光學(xué)圖象轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸，然后再把電信號(hào)恢復(fù)成正確的光學(xué)圖象；因此在學(xué)習(xí)彩色電視技術(shù)之前，有必要了解一些有關(guān)光和色度學(xué)的知識(shí)。 1.1光的性質(zhì) 1.1.1可見(jiàn)光與可見(jiàn)光譜. 光是一種攜帶電磁輻射能量的電磁波中的一小部分，眼睛所能看到的那一部分叫做可見(jiàn)光，其波長(zhǎng)范圍是380 780nm，光在均勻媒質(zhì)中沿直線傳播，光速為3108 m/s 1nm=10-9m=10 1=10-10m,1. 光的顏色. 不同波長(zhǎng)的光波具有不同的顏色，波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短，在視覺(jué)中所引起的彩色感依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)

2、、紫。太陽(yáng)光經(jīng)棱鏡折射后會(huì)呈現(xiàn)出紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色，因此太陽(yáng)光譜就是可見(jiàn)光譜。 具有單一波長(zhǎng)的彩色光稱為單色光；日光中所含的一系列單色稱為譜色；包含有兩種或兩種以上波長(zhǎng)成分的光稱為復(fù)合光。太陽(yáng)光就是一種復(fù)合光。 2. 物體的顏色. 物體的顏色決定于光源本身的特性和和物體表面對(duì)光吸收、反射或透射的特性。 一般來(lái)講，某一景物的彩色是該景物在特定光源照射下所反射（或透射）的一定可見(jiàn)光譜成分，作用于眼睛而引起的視覺(jué)效果。 例如，蘭色布在太陽(yáng)光下，因只反射藍(lán)色光譜成分而吸收了其余的光譜成分，被反射的藍(lán)光波射入人眼并引起藍(lán)色視覺(jué)效果；在用綠色光源照明的暗室里觀看藍(lán)色的布，這時(shí)藍(lán)色的

3、布將呈現(xiàn)為黑顏色。 色源有兩種，一是不發(fā)光的物體，二是光源。,1.1.2光源 在色度學(xué)中，常以白光作為一種標(biāo)準(zhǔn)。能自然發(fā)光的物體稱為光源。太陽(yáng)是最大的自然光源，為便于描述不同光源的可見(jiàn)光譜的輻射情況，引入了絕對(duì)黑體和色溫的概念。 1.色溫 絕對(duì)黑體：能全部吸收入射光的物體。 絕對(duì)黑體是一個(gè)理想的物理概念，絕對(duì)黑體的特性是當(dāng)其被加熱時(shí)，將以電磁波的形式向外輻射能量，其輻射波譜僅由溫度決定，其溫度越高，光譜中藍(lán)色分量就越多，紅色分量就越少，所以當(dāng)溫度增高時(shí)，不僅亮度增大，其發(fā)光顏色也隨之變化。 色溫：當(dāng)絕對(duì)黑體在某一特定絕對(duì)溫度下，其輻射光譜與某一光源的光譜具有相同的特性，則絕對(duì)黑體的這

4、一特定溫度就定義為該光源的色溫。,,,,,,,,,由上可知，色溫并非光源本身的實(shí)際溫度，而是用來(lái)表征光源特性的一個(gè)參數(shù)。,500 800 1000（nm）,6000K,5000K,4000K,2. 標(biāo)準(zhǔn)光源 有五種標(biāo)準(zhǔn)光源（標(biāo)準(zhǔn)白光）A、B、C、D65、E A光源：色溫為2854K，光譜能量主要集中在紅外線區(qū)域，與白只燈在2800K時(shí)輻射的光等效。 B光源：色溫為4800K，相當(dāng)于中午直射的太陽(yáng)光。 C光源：色溫為6700K，相當(dāng)于白天的自然光。 D65光源：色溫為6500K，相當(dāng)于白天的平均照明。 E光源：色溫為5500K，是一種假想的等能白光,,,,,,,1.2人眼的視覺(jué)特性

5、 1.2.1光的度量 1.相對(duì)視敏函數(shù)曲線 視覺(jué)效應(yīng)是由可見(jiàn)光刺激人眼引起的。如果光的輻射功率相同而波長(zhǎng)不同，則引起的視覺(jué)效果也不同；隨著波長(zhǎng)的改變，不僅顏色感覺(jué)不同，而且亮度感覺(jué)也不同，例如要獲得相同的亮度感，則所需的紅光輻射功率要比綠光大。,,,,,,,假設(shè)在產(chǎn)生相同亮度感的情況下，測(cè)出各種波長(zhǎng)光的輻射功率Pv()；顯然， Pv() 越大，說(shuō)明該波長(zhǎng)的光越不易被人眼所感覺(jué)；而Pv() 越小，則人眼對(duì)它的敏感程度越高。因此Pv() 的倒數(shù)可用來(lái)衡量眼睛對(duì)波長(zhǎng)為的光波的敏感程度，稱為視敏度，用K()表示(光譜光視效能)： K()=1/ Pv() 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)=555(nm)時(shí)，有最大視敏

6、度Km=K(555)，于是任意波長(zhǎng)光的視敏度K()與Km之比稱為相對(duì)視敏函數(shù)V()。(光譜光視效率)： 顯然V() < 1。,,明視覺(jué),2.光度學(xué)中的幾個(gè)基本概念 （1）.光通量 光源輻射功率Pv(1)與相對(duì)視敏函數(shù)V(1)的乘積，稱為光通量F(1)。 F(1) = Pv(1) * V(1) 光瓦 如果光源的輻射功率波譜為Pv() ，則總的光通量應(yīng)為各波長(zhǎng)成分的光通量之總和，即 F=K 380780 Pv() * V(1) d (2).發(fā)光強(qiáng)度 光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量，稱為發(fā)光強(qiáng)度，用I表示 I=dF/d 燭光 （1燭光=1cd） 1燭光=1流明/1立體弧度 點(diǎn)光源

7、向四周的輻射是均勻的，因而在各個(gè)方向上的光強(qiáng)均相等，因球心對(duì)球面的立體角為4立體弧度，故： I=F/4 F=4I 一般情況下，光源在不同方向上的發(fā)光強(qiáng)度是不同的，故： F= I()d ,(3).(光)亮度 發(fā)光面在指定方向上的發(fā)光強(qiáng)度與發(fā)光面在垂直于所取方向的平面上的投影之比，稱為亮度 B=dI/dscos 發(fā)光面可以是直接輻射的面光源，也可以是被光照射的反射面或透射面。 亮度的單位是cd/m2 (4).(光)照度 光通量與被照射表面面積之比稱為照度 E= dF/ ds 照度的單位是列克司，符號(hào)為lx 1lx=1lm/m2,1.2.2 亮度和彩色視覺(jué) 1.明暗視覺(jué) 在

8、白天正常光照下人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光的敏感程度，稱為明視覺(jué)響應(yīng)，它主要由錐壯細(xì)胞起作用，既產(chǎn)生明暗感又產(chǎn)生彩色感。當(dāng)光線暗到一定程度時(shí)，只有桿狀細(xì)胞起作用，分辨不出顏色，只能反映出明暗程度。 2.彩色視覺(jué) 彩色視覺(jué)是人眼的一種明視覺(jué)功能。 （1）.彩色三要素 亮度、色調(diào)和色飽和度稱為彩色光的三要素。 亮度為光作用于眼睛引起的明亮程度的感覺(jué)。光源功率大、物體反射強(qiáng)則亮度大。 色調(diào)反映顏色的種類。 飽和度指顏色的深淺程度。,（2）.彩色視覺(jué)特性 人眼的錐狀細(xì)胞由紅、綠、藍(lán)三種感光細(xì)胞組成，不同顏色的光對(duì)三種細(xì)胞的刺激量是不同的，它們的合成效果產(chǎn)生彩色視覺(jué)，從而使人眼分辨出五光十色的世界；另一方面，不同

9、的光譜成分，只要三種細(xì)胞所引起的響應(yīng)相同，則會(huì)形成相同的彩色感。,3.視覺(jué)范圍 定義：視覺(jué)范圍指眼睛所能感覺(jué)的亮度變化范圍。 人眼的視覺(jué)范圍很寬，約為10-2106 cd/m2,因?yàn)檠劬Φ母泄庾饔脮?huì)隨外界光的強(qiáng)弱而自動(dòng)調(diào)節(jié)，這稱為眼睛的適應(yīng)性；另一方面當(dāng)環(huán)境亮度一定時(shí)，眼睛的視覺(jué)范圍又很小，例如白天的視覺(jué)范圍是20020000cd/m2,而在傍晚的視覺(jué)范圍是1200 cd/m2，故我們說(shuō)眼睛的明暗感覺(jué)是相對(duì)的。 在適當(dāng)?shù)钠骄炼认拢芊直娴淖畲罅炼扰c最小亮度比為1000:1;當(dāng)平均亮度很低時(shí)，該比值只有10:1。顯示圖像能達(dá)到30以上就可以。,1.2.3. 眼睛分辨力 黑白細(xì)節(jié)分辨力,分

10、辨力或視覺(jué)銳度：人眼對(duì)被觀察物體上能分辨的相鄰最近兩點(diǎn)的視角的倒數(shù)。 =d/D57.360=3438d/D 影響分辨力的因素： （1）.與照明強(qiáng)度有關(guān) （2）.與景物相對(duì)對(duì)比度Cr有關(guān) Cr=(L-L0)/L0100 （3）.與物體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān) 正常視力的人，觀察靜止圖象時(shí)，約為11.5,2.彩色細(xì)節(jié)分辨力 實(shí)驗(yàn)表明，人眼分辨景物彩色細(xì)節(jié)的能力很差。因此，彩色電視系統(tǒng)在傳送彩色圖象時(shí)，細(xì)節(jié)部分可以只傳送黑白圖象，這就是利用大面積著色原理節(jié)省傳輸頻帶的依據(jù)。 實(shí)驗(yàn)還表明，人眼分辨彩色色調(diào)變化的能力也較差，且隨波長(zhǎng)改變，在500nm區(qū)域分辨能力較強(qiáng)，而在紅色末端區(qū)域分辨力較差。,1.2

11、.4.視覺(jué)惰性與閃爍感覺(jué) 當(dāng)一定強(qiáng)度的光突然作用于眼睛時(shí)，不能在瞬間形成穩(wěn)定的視亮度，而有一個(gè)短暫的過(guò)渡過(guò)程；另外當(dāng)光消失后，視亮度也并不瞬時(shí)消失。 人眼的主觀亮度感覺(jué)滯后于實(shí)際光脈沖的存在的特性，稱為視覺(jué)惰性。,當(dāng)光脈沖頻率較低時(shí)，會(huì)引起一明一暗的閃爍感覺(jué)，當(dāng)光頻率足夠高時(shí)，則會(huì)形成均勻的不閃亮度感。 不引起閃爍感覺(jué)的光脈沖最低重復(fù)頻率，稱為臨界閃爍頻率。對(duì)電視屏幕來(lái)講，臨界閃爍頻率約為48Hz。 臨界閃爍頻率(fc)主要與光脈沖亮度Lm有關(guān)： fc = a*lgLm + b a、b均為常數(shù)，對(duì)電視屏幕有a9.6、b 26.6，故當(dāng)Lm =100cd/m2時(shí)， fc 45.8H

12、z。 當(dāng)光頻率大于臨界閃爍頻率時(shí)，眼睛無(wú)閃爍感，此時(shí)視亮度等于光脈沖亮度的平均值：,,1.3.三基色原理與配色方程 1.3.1.三基色原理 彩色視覺(jué)特性告訴我們，相同的彩色感可以來(lái)自不同的光譜成分，因此我們可以適當(dāng)選擇三種基色來(lái)合成彩色圖象。 1.三基色原理：選擇三種獨(dú)立的基色，例如紅、綠、藍(lán)，將它們按不同的比例混合，就可以得到不同的彩色；反之，任何彩色，也能分解為三種基色，它包含以下含義： （1）.三基色是獨(dú)立的。 （2）.合成彩色光的亮度由三基色的大小決定。 （3）.合成彩色光的色調(diào)由三基色的比例決定。,2.混色方法 有兩種：相加混色和相減混色，彩色電視采用相加混色。 相加混色的實(shí)現(xiàn)

13、有三種： （1）.時(shí)間混色 （2）.空間混色 （3）.生理混色 3. 麥克斯韋基色三角形 它是一個(gè)等邊三角形,三個(gè)頂點(diǎn)分別代表單位紅基色R,單位綠基色G和單位藍(lán)基色B, 而且從頂點(diǎn)到對(duì)應(yīng)邊的垂線的長(zhǎng)度被規(guī)定為1,若令三角內(nèi)任意一點(diǎn)P到紅,綠,藍(lán)三頂點(diǎn)所 對(duì)應(yīng)的三邊的距離分別為r、g、b，r+g+b=l.穿過(guò)W點(diǎn)的任意條一直線聯(lián)結(jié)三角形上的兩個(gè)點(diǎn)該兩點(diǎn)所代表的彩色相加均得到白色,通常把相加后形成白色的兩種彩色稱為互補(bǔ)色.例如圖中表示的紅與青,綠與品,藍(lán)與黃皆為互補(bǔ)色.,1.3.2. R、G、B計(jì)色制 1.配色實(shí)驗(yàn) 選用紅（R）綠（G）藍(lán)（B）作為三基色進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)表明，配出等能白光的三基色

14、單位R、G、B的光通量之比為1：4.5907：0.0601。用F代表某一具有特定亮度和色度的彩色光，符號(hào)F表示其光通量，于是有： F E白 = 1R+1G+1B 2.配色方程與色系數(shù) 配色方程為： F=RR+GG+BB F=R+4.5709G+0.0601B 式中R、G、B的比例決定彩色光的色度，大小決定彩色光的光通量，R、G、B稱為三色系數(shù)(三刺激值)。 RGB計(jì)色制采用物理三基色，物理意義清楚，但使用不方便，某些譜色的配色系數(shù)出現(xiàn)負(fù)值，容易出錯(cuò)。為了克服這一缺點(diǎn)，國(guó)際照明委員會(huì)規(guī)定了另一種坐標(biāo)系，即XYZ計(jì)色制或CIE制。,1.3.3.XYZ計(jì)色制 新坐標(biāo)系選擇了一組新的計(jì)算三基

15、色單位X、Y、Z。它們并不代表實(shí)際的彩色，而是為了克服RGB制存在的缺點(diǎn)，新坐標(biāo)系里配色方程為： F=XX+YY+ZZ 式中XYZ為三色系數(shù)。 計(jì)算三基色單位X、Y、Z須滿足下列三個(gè)條件： （1）.三色系數(shù)XYZ均為正值。 （2）.合成彩色光的亮度僅由YY一項(xiàng)決定，而色度仍然由XYZ的比值決定。 （3）.當(dāng)X=Y=Z時(shí)，仍代表等能白光E白。,,下面討論計(jì)算三基色X、Y、Z與物理三基色R、G、B之間的關(guān)系。可以認(rèn)為每一計(jì)算三基色是由物理三基色以適當(dāng)比例配出，則有： 1X= m1r1 R+ m1g1 G+ m1b1 B 1Y= m2r2 R+ m2g2 G+ m2b2 B 1Z=

16、m3r3 R+ m3g3 G+ m3b3 B 由條件（2），1Y的光通量為1光瓦，故： m2r2+4.5907g2+0.0601b2=1 將P25.（123）式中的坐標(biāo)值代入： m2=0.0912 由條件（3），X=Y=Z的彩色光為E白，故： E白= 1X+1Y+1Z =（m1r1+ m2r2+ m3r3）R+ (m1g1+ m2g2+ m3g3）G （m1b1+ m2b2+ m3b3）B,上式中R、G、B三系數(shù)應(yīng)相等，即： m1（r1- g1）+ m3(r3-g3)= -m2(r2- g2） m1（g1- b1）+ m3(g3-b3)= -m2(g2- b2） 將m

17、2=0.0912及（123）式代入上式： m1=0.3282 m2=0.1115 故有： X=0.4185R-0.0912G+0.0009B Y=-0.1587R+0.2524G-0.0025B Z=-0.0828R+0.0157G+0.1786B,下面討論色系數(shù)XYZ與RGB的關(guān)系。 設(shè)某彩色F在RGB坐標(biāo)系中：F=RR+GG+BB F在XYZ坐標(biāo)系中：F=XX+YY+ZZ 將X、Y、Z代入上式： F=（0.4185X-0.1587Y-0.0828Z）R +（-0.0912X+0.2524Y+0.0157Z）G +（0.0009X-0.0025Y+0.1786Z

18、）B 于是： R=0.4185X-0.1587Y-0.0828Z G=-0.0912X+0.2524Y+0.0157Z B=0.0009X-0.0025Y+0.1786Z 解上式得： X=2.7689R+1.7518G+1.1302B Y=1.0000R+4.5907G+0.0601B Z=0.0000R+0.0565G+5.5943B,1.4 顯像與亮度方程 1.顯像三基色 選擇顯像三基色的原則： 所選三基色應(yīng)能取得盡可能大的配色范圍。 基色亮度應(yīng)足夠大。 2.亮度方程 當(dāng)顯像三基色確定后，依據(jù)配色方程： 1Re+1Ge+1Be=FC白（1lm） 由此可導(dǎo)出NTSC制下： Y=0.299Re+0.587Ge+0.114Be,