第一章色度学基础教材课件

第一章第一章 色度学基础色度学基础盛彬盛彬盛彬盛彬东南大学移动通信东南大学移动通信东南大学移动通信东南大学移动通信国家重点实验室国家重点实验室国家重点实验室国家重点实验室本章内容本章内容1.1光谱和光源1.2人眼视觉特效1.3三基色原理和配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第2页页1.11.1光的性质光的性质东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第3页页l1.1.1可见光谱东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第4页页名称频率/Hz波长/m无线电波红外线紫外线X射线 宇宙射线10510101015102010253x1033x10-23x10-73x10-123x10-17红 橙 黄 绿 青 蓝 紫nm780 630 600 580 510 450 430 380 （1 1）可见光：光是一种以电磁波存在的物质。能引起人眼视觉反应的光）可见光：光是一种以电磁波存在的物质。能引起人眼视觉反应的光称为可见光。称为可见光。（2 2）可见光性质：）可见光性质：在整个电磁波波谱上只占极小的一段，位于红外线与紫外线之间。在整个电磁波波谱上只占极小的一段，位于红外线与紫外线之间。东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第5页页 波长在波长在380nm-780nm380nm-780nm之间。之间。（3 3）物体的颜色）物体的颜色 波长由长到短分别引起人眼红、橙、黄、绿、青、蓝、波长由长到短分别引起人眼红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色感。即可见光包括七种颜色的光。紫七种色感。即可见光包括七种颜色的光。白色光（如：太阳光）是一种复合光，可以分解为红、白色光（如：太阳光）是一种复合光，可以分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种光。橙、黄、绿、青、蓝、紫七种光。发光物体的颜色：其颜色由该发光体所产生的光谱分布发光物体的颜色：其颜色由该发光体所产生的光谱分布来决定。来决定。非发光物体的颜色：非发光物体的颜色：由照射光源决定；由照射光源决定；由物体的性质决定；由物体的性质决定；由人眼的视觉特性决定。由人眼的视觉特性决定。1.11.1光的性质光的性质东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第6页页l1.1.2标准光源1700K1500K1300K1100K0 1 2 3 4 5 绝对黑体辐射光谱绝对黑体辐射光谱1.11.1光的性质光的性质东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第7页页l1.1.2标准光源东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第8页页标准白光源标准白光源 物体的颜色会照射光源变化而变化，要确定物体的颜物体的颜色会照射光源变化而变化，要确定物体的颜色，必须确定照射光源。色，必须确定照射光源。A A光源、光源、B B光源、光源、C C光源、光源、D D光源。（实际存在的）光源。（实际存在的）E E光源（假想的等能量白光源）。光源（假想的等能量白光源）。1.21.2视觉特性视觉特性东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第9页页l1.2.1人眼的亮度视觉东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第10页页 对同一波长的光，当光的辐射功率不同时，则给人的亮对同一波长的光，当光的辐射功率不同时，则给人的亮度感觉也不同；辐射功率相同而波长不同，则给人的亮度感度感觉也不同；辐射功率相同而波长不同，则给人的亮度感觉也是不同的。觉也是不同的。100 80 60 40 20 0 相 对 视 敏 度（%）400 500 600 700 555nm视觉灵敏度：同等能量的光源视觉灵敏度：同等能量的光源,人眼对人眼对=555nm=555nm的草绿色光的亮度感觉最强。的草绿色光的亮度感觉最强。1.21.2视觉特性视觉特性东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第11页页l1.2.2人眼的色度视觉东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第12页页视网膜上视网膜上光敏细胞光敏细胞杆状细胞：对亮度敏感，但无色觉。杆状细胞：对亮度敏感，但无色觉。锥状细胞：锥状细胞：对亮度和色度均敏感。有对亮度和色度均敏感。有红红敏敏、绿敏绿敏和和 蓝敏蓝敏三种细胞。三种细胞。人眼的视觉特性人眼的视觉特性1.21.2视觉特性视觉特性东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第13页页l1.2.3人眼的分辨力1.21.2视觉特性视觉特性东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第14页页l1.2.3人眼的分辨力人眼对彩色细节的分辨力比黑白细节的分辨力低对不同彩色，分辨力也各不相同设眼睛对黑白细节的分辨力为100%，则对各种颜色细节的分辨力如下表1.21.2视觉特性视觉特性东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第15页页l1.2.4视觉惰性1.31.3三基色原理与配色方程三基色原理与配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第16页页l1.3.1彩色三要素亮度：反映光作用于人眼时引起的明亮程度。色调：反映彩色的类别，例如红色、绿色和蓝色等不同颜色。色饱和度：表示彩色光所呈现的深浅程度，或者某一彩色掺进白色的程度。色调和色饱和度称为色度。暗物质，暗能量东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第17页页亮暗如何（即亮度）亮暗如何（即亮度）颜色种类（即色调）颜色种类（即色调）颜色深浅（即色饱和度）颜色深浅（即色饱和度）2 2、彩色的三要素、彩色的三要素色调和饱和度合称为色度（色调和饱和度合称为色度（F F）色度既说明彩色光颜色的类别，又说明了颜色的深浅程色度既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，实质上是传输图像像素的亮度和色度。在彩色电视系统中，实质上是传输图像像素的亮度和色度信息。度信息。1.31.3三基色原理与配色方程三基色原理与配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第18页页l1.3.2三基色原理 （1 1）混色效应）混色效应 ：单色光可以用几种颜色的混合光来等效，几种颜色的单色光可以用几种颜色的混合光来等效，几种颜色的混合光可以用其他几种颜色的混合光束等效，这种现象称为混色效应。混合光可以用其他几种颜色的混合光束等效，这种现象称为混色效应。（2 2）三基色原理）三基色原理 根据人眼彩色视觉的特性及混色效应，可以从可见光中选取三单色按根据人眼彩色视觉的特性及混色效应，可以从可见光中选取三单色按比例混合，来得到其它单色光。比例混合，来得到其它单色光。三基色的选取：三基色的选取：R R、G G、B B。l人眼对红、绿、蓝比较敏感；人眼对红、绿、蓝比较敏感；l红、绿、蓝三基色彼此互为独立；红、绿、蓝三基色彼此互为独立；l红、绿、蓝三基色混合而成的彩色较为丰富，几乎能重现自红、绿、蓝三基色混合而成的彩色较为丰富，几乎能重现自然界中的各种彩色。然界中的各种彩色。东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第19页页 三基色原理的内容：三基色原理的内容：l混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定。混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定。l混合色亮度等于三基色亮度之和。混合色亮度等于三基色亮度之和。（3 3）混色法：）混色法：利用三基色按不同比例来获得彩色的方法。利用三基色按不同比例来获得彩色的方法。种类：相加混色法和相减单混色法。种类：相加混色法和相减单混色法。相加混色法：以三圆法来说明。相加混色法：以三圆法来说明。l三基色按一定比例混合，可以得到自然界中绝大多数颜色；三基色按一定比例混合，可以得到自然界中绝大多数颜色；反之，自然界中绝大多数颜色，都可以分解为三基色。反之，自然界中绝大多数颜色，都可以分解为三基色。l三基色必须是相互独立。三基色必须是相互独立。东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第20页页红红绿绿蓝蓝黄黄青青紫紫白白红色红色绿色绿色 =黄色黄色 绿色绿色蓝色蓝色 =青色青色 蓝色蓝色红色红色 =紫色紫色 红色红色绿色绿色蓝色蓝色 =白色白色 红色红色 青色青色=白色白色绿色绿色 紫色紫色=白色白色蓝色蓝色 黄色黄色=白色白色 两两互为补色两两互为补色混色图东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第21页页两种混色光相加结果：两种混色光相加结果：时时间间混混色色法法：让让三三种种基基色色先先后后出出现现在在同同一一表表面面的的同同一一点点处处，当当三三种种基基色色光光交交替替出出现现的的速速度度很很快快时时，人人眼眼感感觉觉到到的的这这三三种种基基色光的混合后的彩色。色光的混合后的彩色。空间混色法：将三基色光分别投射到同一表面的三个相邻空间混色法：将三基色光分别投射到同一表面的三个相邻且足够近的光点上，当人眼离它们有一定的距离时，人眼就会且足够近的光点上，当人眼离它们有一定的距离时，人眼就会产生三种基色光混合后彩色感觉。产生三种基色光混合后彩色感觉。Ex1:Ex1:黄色黄色青色青色=红色红色绿色绿色绿色绿色蓝色蓝色=浅绿色浅绿色Ex2:Ex2:紫色紫色黄色黄色=红色红色蓝色蓝色红色红色绿色绿色=浅红色浅红色 1.31.3三基色原理与配色方程三基色原理与配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第22页页l1.3.3颜色的度量与表示1)配色实验1.31.3三基色原理与配色方程三基色原理与配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第23页页l1.3.3颜色的度量与表示1)配色实验F=RR+GG+BB(1.2)等能标准白光R:G:B=1.000:4.5907:0.0601配制高饱和度的单色光谱色F+BB=RR+GGF=RR+GG-BB(1.3)1.31.3三基色原理与配色方程三基色原理与配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第24页页l1.3.3颜色的度量与表示2)色度图配色方程：F=XX+YY+ZZ(1.4)色度：三色系数X,Y,Z相对值m=X+Y+Zx=Xm；y=Ym；z=Ym(1.5)显然，x+y+z=1(1.6)1.31.3三基色原理与配色方程三基色原理与配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第25页页l1.3.3颜色的度量与表示2)色度图1.31.3三基色原理与配色方程三基色原理与配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第26页页l1.3.4显像三基色1.31.3三基色原理与配色方程三基色原理与配色方程东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第27页页l1.3.4亮度方程NTSC制三基色为图10.1中的Re1、Ge1、Be1XYZ计色制的色度坐标：C白 (0.310,0.316)Re1(0.67,0.33)，Ge1(0.21,0.71)，Be1(0.14,0,08)NTSC制亮度方程 Y=0.30R+0.59G+0.11B (1.7)PAL制也也采用(1.7)式亮度方程进行分析计算。东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第28页页 1.1.根据显像三基色的色度坐标求色模根据显像三基色的色度坐标求色模m m 显像三基色各为显像三基色各为1 1个单位时，配出个单位时，配出1lm1lm的的C C白白 1Re+1Ge+1Be=Fe 1Re+1Ge+1Be=Fe白白(1lm)(1lm)Re,Ge,Be Re,Ge,Be分别表示显像三基色单位量。分别表示显像三基色单位量。东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第29页页东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第30页页东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第31页页东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第32页页 2.2.显像三基色与显像三基色与XYZXYZ的矩阵表示为：的矩阵表示为：东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第33页页逆矩阵表示为：逆矩阵表示为：显像三基色的配色方程显像三基色的配色方程计算三基色的配色方程计算三基色的配色方程 东南大学移动通信国家重点实验室（东南大学移动通信国家重点实验室（NCRLSEU）第第34页页