《彩色電視基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

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程，就是把一幅光學圖象轉(zhuǎn)換成電信號進行傳輸，然后再把電信號恢復成正確的光學圖象；因此在學習彩色電視技術(shù)之前，有必要了解一些有關(guān)光和色度學的知識。 1.1光的性質(zhì) 1.1.1可見光與可見光譜. 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光，其波長范圍是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. 不同波長的光波具有不同的顏色，波長由長到短，在視覺中所引起的彩色感依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。太陽光經(jīng)棱鏡折射后會呈現(xiàn)出紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色，因此太陽光譜就是可見光譜。 具有單一波長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成分的光稱為復合光。太陽光就是一種復合光。 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光吸收、反射或透射的特性。 一般來講，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）的一定可見光譜成分，作用于眼睛而引起的視覺效果。 例如，蘭色布在太陽光下，因只反射藍色光譜成分而吸收了其余的光譜成分，被反射的藍光波射入人眼并引起藍色視覺效果；在用綠色光源照明的暗室里觀看藍色的布，這時藍色的布將呈現(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 在色度學中，常以白光作為一種標準。能自然發(fā)光的物體稱為光源。太陽是最大的自然光源，為便于描述不同光源的可見光譜的輻射情況，引入了絕對黑體和色溫的概念。 1.色溫 絕對黑體：能全部吸收入射光的物體。 絕對黑體是一個理想的物理概念，絕對黑體的特性是當其被加熱時，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，光譜中藍色分量就越多，紅色分量就越少，所以當溫度增高時，不僅亮度增大，其發(fā)光顏色也隨之變化。 色溫：當絕對黑體在某一特定絕對溫度下，其輻射光譜與某一光源的光譜具有相同的特性，則絕對黑體的這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際溫度，而是用來表征光源特性的一個參數(shù)。,500 800 1000（nm）,6000K,5000K,4000K,2. 標準光源 有五種標準光源（標準白光）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時輻射的光等效。 B光源：色溫為4800K，相當于中午直射的太陽光。 C光源：色溫為6700K，相當于白天的自然光。 D65光源：色溫為6500K，相當于白天的平均照明。 E光源：色溫為5500K，是一種假想的等能白光,,,,,,,1.2人眼的視覺特性 1.2.1光的度量 1.相對視敏函數(shù)曲線 視覺效應(yīng)是由可見光刺激人眼引起的。如果光的輻射功率相同而波長不同，則引起的視覺效果也不同；隨著波長的改變，不僅顏色感覺不同，而且亮度感覺也不同，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，測出各種波長光的輻射功率Pv()；顯然， Pv() 越大，說明該波長的光越不易被人眼所感覺；而Pv() 越小，則人眼對它的敏感程度越高。因此Pv() 的倒數(shù)可用來衡量眼睛對波長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() 實驗表明，當=555(nm)時，有最大視敏度Km=K(555)，于是任意波長光的視敏度K()與Km之比稱為相對視敏函數(shù)V()。(光譜光視效率)： 顯然V() < 1。,,明視覺,2.光度學中的幾個基本概念 （1）.光通量 光源輻射功率Pv(1)與相對視敏函數(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)為各波長成分的光通量之總和，即 F=K 380780 Pv() * V(1) d (2).發(fā)光強度 光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量，稱為發(fā)光強度，用I表示 I=dF/d 燭光 （1燭光=1cd） 1燭光=1流明/1立體弧度 點光源向四周的輻射是均勻的，因而在各個方向上的光強均相等，因球心對球面的立體角為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，符號為lx 1lx=1lm/m2,1.2.2 亮度和彩色視覺 1.明暗視覺 在白天正常光照下人眼對不同波長光的敏感程度，稱為明視覺響應(yīng)，它主要由錐壯細胞起作用，既產(chǎn)生明暗感又產(chǎn)生彩色感。當光線暗到一定程度時，只有桿狀細胞起作用，分辨不出顏色，只能反映出明暗程度。 2.彩色視覺 彩色視覺是人眼的一種明視覺功能。 （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。光源功率大、物體反射強則亮度大。 色調(diào)反映顏色的種類。 飽和度指顏色的深淺程度。,（2）.彩色視覺特性 人眼的錐狀細胞由紅、綠、藍三種感光細胞組成，不同顏色的光對三種細胞的刺激量是不同的，它們的合成效果產(chǎn)生彩色視覺，從而使人眼分辨出五光十色的世界；另一方面，不同的光譜成分，只要三種細胞所引起的響應(yīng)相同，則會形成相同的彩色感。,3.視覺范圍 定義：視覺范圍指眼睛所能感覺的亮度變化范圍。 人眼的視覺范圍很寬，約為10-2106 cd/m2,因為眼睛的感光作用會隨外界光的強弱而自動調(diào)節(jié)，這稱為眼睛的適應(yīng)性；另一方面當環(huán)境亮度一定時，眼睛的視覺范圍又很小，例如白天的視覺范圍是20020000cd/m2,而在傍晚的視覺范圍是1200 cd/m2，故我們說眼睛的明暗感覺是相對的。 在適當?shù)钠骄炼认拢芊直娴淖畲罅炼扰c最小亮度比為1000:1;當平均亮度很低時，該比值只有10:1。顯示圖像能達到30以上就可以。,1.2.3. 眼睛分辨力 黑白細節(jié)分辨力,分辨力或視覺銳度：人眼對被觀察物體上能分辨的相鄰最近兩點的視角的倒數(shù)。 =d/D57.360=3438d/D 影響分辨力的因素： （1）.與照明強度有關(guān) （2）.與景物相對對比度Cr有關(guān) Cr=(L-L0)/L0100 （3）.與物體的運動速度有關(guān) 正常視力的人，觀察靜止圖象時，約為11.5,2.彩色細節(jié)分辨力 實驗表明，人眼分辨景物彩色細節(jié)的能力很差。因此，彩色電視系統(tǒng)在傳送彩色圖象時，細節(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)。 實驗還表明，人眼分辨彩色色調(diào)變化的能力也較差，且隨波長改變，在500nm區(qū)域分辨能力較強，而在紅色末端區(qū)域分辨力較差。,1.2.4.視覺惰性與閃爍感覺 當一定強度的光突然作用于眼睛時，不能在瞬間形成穩(wěn)定的視亮度，而有一個短暫的過渡過程；另外當光消失后，視亮度也并不瞬時消失。 人眼的主觀亮度感覺滯后于實際光脈沖的存在的特性，稱為視覺惰性。,當光脈沖頻率較低時，會引起一明一暗的閃爍感覺，當光頻率足夠高時，則會形成均勻的不閃亮度感。 不引起閃爍感覺的光脈沖最低重復頻率，稱為臨界閃爍頻率。對電視屏幕來講，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)，對電視屏幕有a9.6、b 26.6，故當Lm =100cd/m2時， fc 45.8Hz。 當光頻率大于臨界閃爍頻率時，眼睛無閃爍感，此時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 彩色視覺特性告訴我們，相同的彩色感可以來自不同的光譜成分，因此我們可以適當選擇三種基色來合成彩色圖象。 1.三基色原理：選擇三種獨立的基色，例如紅、綠、藍，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。 相加混色的實現(xiàn)有三種： （1）.時間混色 （2）.空間混色 （3）.生理混色 3. 麥克斯韋基色三角形 它是一個等邊三角形,三個頂點分別代表單位紅基色R,單位綠基色G和單位藍基色B, 而且從頂點到對應(yīng)邊的垂線的長度被規(guī)定為1,若令三角內(nèi)任意一點P到紅,綠,藍三頂點所 對應(yīng)的三邊的距離分別為r、g、b，r+g+b=l.穿過W點的任意條一直線聯(lián)結(jié)三角形上的兩個點該兩點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色.例如圖中表示的紅與青,綠與品,藍與黃皆為互補色.,1.3.2. R、G、B計色制 1.配色實驗 選用紅（R）綠（G）藍（B）作為三基色進行。實驗表明，配出等能白光的三基色單位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)負值，容易出錯。為了克服這一缺點，國際照明委員會規(guī)定了另一種坐標系，即XYZ計色制或CIE制。,1.3.3.XYZ計色制 新坐標系選擇了一組新的計算三基色單位X、Y、Z。它們并不代表實際的彩色，而是為了克服RGB制存在的缺點，新坐標系里配色方程為： F=XX+YY+ZZ 式中XYZ為三色系數(shù)。 計算三基色單位X、Y、Z須滿足下列三個條件： （1）.三色系數(shù)XYZ均為正值。 （2）.合成彩色光的亮度僅由YY一項決定，而色度仍然由XYZ的比值決定。 （3）.當X=Y=Z時，仍代表等能白光E白。,,下面討論計算三基色X、Y、Z與物理三基色R、G、B之間的關(guān)系?？梢哉J為每一計算三基色是由物理三基色以適當比例配出，則有： 1X= m1r1 R+ m1g1 G+ m1b1 B 1Y= m2r2 R+ m2g2 G+ m2b2 B 1Z= 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m2=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坐標系中：F=RR+GG+BB F在XYZ坐標系中：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）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） 由此可導出NTSC制下： Y=0.299Re+0.587Ge+0.114Be,