視覺特性與三基色原理全

第一章視覺特性與三基色原理(全〕1精選ppt第一章視覺特性與三基色原理〔1〕§1.1光的特性1.1.1電磁輻射與可見光譜1.1.2光源§1.2人眼的視覺特性1.2.2光的度量1.2.3亮度與彩色感覺1.2.4眼睛的視覺范圍與亮度感覺1.2.5人眼的分辨力1.2.6視覺惰性與閃爍感覺§1.3三基色原理與色度圖1.3.1三基色原理2精選ppt光的特性

1.1.1電磁輻射與可見光譜

一.電磁波的波譜

無線電波、紅外線、可見光譜、紫外線、X射線、γ射線、宇宙射線等等二.可見光譜可見光：可以引起人眼視覺效應的光(電磁波〕譜色：顏色按紅、橙、黃、綠、青、藍、紫順序排列的單色光，稱為譜色〔SpectrumColor〕非譜色：不能作為單色出現(xiàn)于光譜上的色光3精選ppt光的特性電磁波的波譜4精選ppt光的特性波長780630600580510450430〔nm〕紅橙黃綠青藍紫三.標準譜色光CIE規(guī)定：水銀光譜中700nm紅色光的標準波長546nm綠色光的標準波長436nm藍色光的標準波長5精選ppt光的特性太陽輻射功率波譜圖1－2太陽輻射功率波譜6精選ppt光的特性1.1.2光源顏色的產(chǎn)生〔兩種色源〕:不發(fā)光的物體在一定光譜分布(功率波譜)的光源照射下,因反射一定的光譜成分和吸收其余局部而呈現(xiàn)一定的彩色;發(fā)光的物體根據(jù)它的輻射光譜分布,引起人眼的一定彩色感覺。7精選ppt光的特性一.色溫與相關(guān)色溫色溫：在某一特定溫度下，絕對黑體與光源有相同的輻射特性相關(guān)色溫：在某一特定溫度下，絕對黑體與光源有相近的輻射特性二.標準光源ABCD65光源E光源－－等能白光8精選ppt光的特性絕對黑體的輻射功率譜

9精選ppt光的特性

黑體與標準光源的相對功率波譜

10精選ppt人眼的視覺特性

1.2.2光的度量

一.視覺光譜光效率V(λ)曲線11精選ppt人眼的視覺特性

二.光學中的幾個度量1.光強(cd=lm/sr)

2.光通量(lm)

3.亮度(cd/m2)

4.照度(lx=lm/m2)12精選ppt人眼的視覺特性

1.2.3亮度、彩色與立體視覺一.明暗視覺明視覺：在正常光照下眼睛的主觀亮度感覺暗視覺：在夜晚或在微弱光線下人眼的主觀亮度感覺彩條〔各色譜〕灰色帶〔明暗程度不同〕暗視覺下13精選ppt人眼的視覺特性1.2.3亮度、彩色與立體視覺二.彩色視覺彩色的描述：彩色光的亮暗？彩色光的類別？彩色光顏色的深淺等。為確切表示某一彩色光，必須采用三個根本參量。彩色三要素：亮度，色調(diào)和飽和度。1、亮度〔BrightnessorLuminance〕指彩色光作用于人眼時引起人眼視覺的明暗程度，通常用Y表示亮度。14精選ppt人眼的視覺特性2.色調(diào)〔tone,spectralhue/colorhue〕色調(diào)是指彩色光的顏色類別色調(diào)與波長密切相關(guān)，波長不同→色調(diào)不同3.飽和度〔Saturation〕飽和度是指顏色的深淺程度，即顏色的濃度高飽和的彩色低飽和的彩色+白光

15精選ppt人眼的視覺特性三.立體感覺雙眼立體自然界景物具有寬度，高度和深度的三維空間坐標，當人們在觀看空間某一景物時，由于兩眼相距一定距離，使同一物體在左右兩眼視網(wǎng)膜上的呈象存在一定差異，物體的空間坐標決定著差異的大小，這種差異就形成了人眼寬高深的立體視覺。單眼立體感覺16精選ppt人眼的視覺特性1.2.5人眼的分辨力一.定義：人眼對被觀物體上能分辨的相鄰最近兩點視角θ的倒數(shù)二.視覺的空間頻率相應空間頻率：ν〔線/度)空間頻率響應三.彩色細節(jié)分辨力人眼的分辨力與色調(diào)有關(guān)大面積積著色原理：當傳送彩色圖象時，細節(jié)局部只傳送黑白信息，不傳顏色；而大面積局部傳送彩色信息。17精選ppt人眼的視覺特性人眼的分辨力18精選ppt人眼的視覺特性視覺的空間頻率響應空間頻率是指單位視角(1度)內(nèi)所含黑或白的條紋數(shù)19精選ppt人眼的視覺特性四.彩色色調(diào)分辨閾20精選ppt人眼的視覺特性人眼對不同波長的光有不同的色調(diào)感覺。但嚴格地講,只有波長為572nm的黃光、503nm的綠光和478nm的藍光,其色調(diào)不隨光強而變化,其它波長的色光都隨光強的改變略有變化。在可見光譜中,從紫到紅分布著各種不同的顏色,人眼能分辨出色調(diào)差異的最小波長變化稱為色調(diào)分辨閾.其數(shù)值隨波長而改變.人眼對480~640nm區(qū)間色光的色調(diào)分辨力較高,其中,對50Onm(青一綠色)和600nm(橙黃色〉兩個波長來說,只要波長變化約1nm,便可分辨出色調(diào)的變化。而從655nm的紅色到可見光譜長波末端,以及從43Onm的紫色到可見光譜短波末端，人眼幾乎感覺不到色調(diào)的差異。當飽和度減小時,人眼的色調(diào)分辨力將下降;當亮度太大或太小時,色調(diào)分辨力也會下降。21精選ppt五.彩色飽和度分辨力人眼的視覺特性22精選ppt人眼的視覺特性

人眼能分辨出自然界中各種彩色具有不同的飽和度,但對不同顏色的飽和度變化卻有不完全一樣的靈敏度?？梢赃M行這樣的實驗,使各種波長色光的飽和度,由100%逐漸降低一直到零為止,由此確定出視覺所能分辨出的飽和度變化的等級數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在黃色區(qū)人眼只能分辨出四級飽和度,而在紅色、藍色區(qū)域,靈敏度較高,可以分辨出25個等級。23精選ppt人眼的視覺特性

1.2.6視覺惰性與閃爍感覺一.視覺惰性：人眼亮度感覺的滯后特性視覺暫留性：光象一旦在視網(wǎng)膜上形成，在它消失后，視覺將會對這個光象的感覺維持一個有限的時間二.

閃爍感覺：對于頻率不高的周期性光脈沖，人眼所產(chǎn)生的一明一暗的感覺。臨界閃爍頻率：引起閃爍感覺從有到無的轉(zhuǎn)折之最低光源重復頻率

24精選ppt人眼的視覺特性視覺惰性

25精選ppt三基色原理與色度圖

1.3.1三基色原理

Young-Helmholtz〔1891〕三色學說Wald〔1964〕對人類色彩視覺的研究結(jié)果：三種錐體細胞的光譜吸收的峰值分別在紅、綠和藍波段。*多光譜圖像(multi-spectralimage)*三色原理26精選ppt三基色原理與色度圖

這三種顏色被稱為人類視覺的三基色

實踐證明，光譜上的大多數(shù)顏色都可以用紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)三種單色加權(quán)混合產(chǎn)生，基于RGB三基色的顏色表示稱為RGB顏色模型．三種感受器的光譜敏感示意圖[Wald,1964]27精選ppt三基色原理與色度圖一.

三基色原理1).自然界里的大多數(shù)彩色光可以分解為三種基色成份，而這三種基色也可以按一定比例混合得到不同的彩色光2).三基色必須是相互獨立的彩色，即其中任一種基色都不能由其它兩種基色混合產(chǎn)生3).三基色之間的混合比例，決定了混合色的色度4).混合色的亮度等于三基色亮度之和28精選ppt三基色原理與色度圖二.混色法：利用三基色按不同的比例混合來獲得彩色的方法相加混色法相減混色法相加混色法1.直接混色法2.時間混合法3.空間相加的混色法29精選ppt三基色原理與色度圖相加混色圖30精選ppt三基色原理與色度圖相減混色圖31精選ppt第一章視覺特性與三基色原理〔2〕32精選ppt第一章視覺特性與三基色原理〔2〕§1.3三基色原理與色度圖

1.3.2RGB色度系統(tǒng)1.3.3XYZ色度系統(tǒng)§1.4彩色的重現(xiàn)1.4.1顯象三基色1.4.2顯象三基色的三刺激值亮度方程

33精選ppt§1.3三基色原理與色度圖

1.3.2RGB色度系統(tǒng)一.

色匹配實驗1.三基色的選定CIE選定做物理三基色(實際存在的光)波長為700nm的紅基色光〔R〕波長為546.1nm的綠基色光〔G〕波長為435.8nm的藍基色光〔B〕2.三基色單位量確實定三基色以單位量混合時應得到E白光34精選ppt§1.3三基色原理與色度圖

1.3.2RGB計色制2.三基色單位量確實定配出標準白光，三個基色光紅，綠，藍的光通量〔FR，F(xiàn)G，F(xiàn)B〕之比例為

CIE規(guī)定：光通量為1光瓦的紅光為一個紅基色單位量，記為[R]；光通量為4.5907光瓦的綠光為一個綠基色單位量，記為[G]；光通量為0.0601光瓦的藍光作為一個藍基色單位量，記為[B]。FE白=[R]+[G]+[B]35精選ppt§1.3三基色原理與色度圖3.配色實驗36精選ppt§1.3三基色原理與色度圖二.顏色方程與三刺激值對于白光：FE白

=1[R]+1[G]+1[B]白光的光通量為

FE白

=1+4.5907+0.0601=5.6508(lm)1.顏色方程F=R[R]+G[G]+B[B]F彩色光由R份[R]、G份[G]、B份[B]混合配出2.三刺激值R、G、B表示了三基色單位量之間的比例關(guān)系，稱為三刺激值37精選ppt§1.3三基色原理與色度圖3.顏色方程的討論a)混色光的光通量|F|和亮度〔LF〕|F|=〔R+4.5907G+0.0601B〕(lm)實驗測得三基色單位量的亮度〔記為L〕為LR=1cd/㎡，LG=4.5907cd/㎡，LB=0.0601cd/㎡LF=RLR+GLG+BLB=〔R+4.5907G+0.0601B〕結(jié)論1:混色光的亮度決定于R、G、B的數(shù)值b).混色光的色度以k同乘三刺激值R、G、B，得另一色光F’F’=kR[R]+kG[G]+kB[B]=k{R[R]+G[G]+B[B]=kF.38精選ppt§1.3三基色原理與色度圖F’與F表示同一色度，只是亮度〔或光通量〕不同?？梢?，R、G、B反映了混合色光的色度.結(jié)論2:R：G：B間的比例決定混合色光的色度c).配色方程的標準式令m=R+G+B色模：表示某彩色光所含有的三基色單位的總和。且令r=R/m,g=G/m,b=B/m稱為色度坐標39精選ppt§1.3三基色原理與色度圖表示當規(guī)定所用三基色單位總量為1時，為配出根本彩色光所需要的[R]，或[G]，或[B]的數(shù)值?！矚w一化的色系數(shù)〕配色方程為F=m{r[R]+g[G]+b[B]}m為色模，r,g,b為色度坐標。顯然，三色分量為mr[R],mg[G],mb[B],由定義可知：r+g+b=1所以，只需要用兩個三基色色度坐標就可以表示某混合色光的色度

40精選ppt§1.3三基色原理與色度圖三.RGB色度圖〔CIE色度圖〕F=m{r[R]+g[G]+b[B]}|F|=m{r+4.5907g+0.0601b}r=R/m,g=G/m,b=B/mr+g+b=1顯然：用二個三基色色度坐標可以表示彩色的色度，因此，可以用二維平面坐標來表示各種彩色光的色度——RGB色度圖41精選ppt§1.3三基色原理與色度圖

RGB色度圖

42精選ppt§1.3三基色原理與色度圖

RGB色度圖說明(a)舌形曲線的作法：選r,g作為平面坐標系，將自然界各種彩色用前面講的比色實驗法，測出其r,g的數(shù)值，并描在該坐標平面中.(b〕舌形曲線并不是封閉的，在舌形曲線上的任一點，都代表著某一波長譜色光的色調(diào)；而舌形曲線與橫坐標所包圍的面積內(nèi)任一點，均表示人眼所能看到的某一混合光的顏色。

43精選ppt§1.3三基色原理與色度圖

(c).

g=1點〔b=0,r=0〕,r=1點(b=0,g=0)和原點(b=1,r=g=0)所構(gòu)成的三角形又稱作彩色三角形，此面積內(nèi)的色域是由物理三基色[R]，[G]，[B]相加所能形成的。(d).

三角形的重心位置表示標準E白光，此點飽和度為零，曲線上的彩色飽和度為100％，其它非三基色飽和度均小于100％。44精選ppt§1.3三基色原理與色度圖1.3.3XYZ色度系統(tǒng)*RGB計色制的缺點：〈1〉對大局部的顏色存在負色坐標值；不宜計算色坐標，并對正確實現(xiàn)色度測量帶來困難。〈2〉對顏色的亮度計算較復雜*XYZ計色制根本思想:選取三個單位基色量[X]，[Y]，[Z]它所組成的三角形將單色光頻譜軌跡全部包圍在內(nèi)，而且使三個色坐標中的一個坐標恰好等于色光的亮度〔或光通量).F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]45精選ppt§1.3三基色原理與色度圖一.三基色單位[X]，[Y]，[Z]確實定1.XYZ計色制應滿足的條件a).對于各種實際色光,三刺激值X,Y,Z均為正值.b).三刺激值中,X,Z只表色度,不表亮度和光通量,(即它們等于零),色光亮度或光通量由Y代表.并規(guī)定1[Y]的光通量為1lmc)選三基色單位量,當X=Y=Z時,仍代表等能白光2.[X],[Y],[Z]確實定.(以RGB為變換根底)(1).[X][Y][Z]三角形在RGB系統(tǒng)中的方程**在RGB系統(tǒng)中,混合色光亮度為零的點即LF=046精選ppt§1.3三基色原理與色度圖LF=(R+4.5907G+0.0601B)=0=>r+4.5907g+0.601b=0∵r+g+b=1∴0.9399r+4.5306g+0.0601=0(1-20)**長波長處的直線方程r+0.99g-1=0(1-21)**504nm點的切線方程1.45r+0.55g+1=0(1-22)(2).[X],[Y],[Z]確實定[x]:r1=1.2750,g1=-0.2778,b1=0.0028[Y]:r2=-1.7393,g2=2.7673,b2=-0.0280[Z]:r3=-0.7431,g2=0.1409,b3=1.6022

47精選ppt§1.3三基色原理與色度圖[X]、[Y]、[Z]在RGB色度圖中的位置48精選ppt§1.3三基色原理與色度圖(3).[X],[Y],[Z]用[R]、[G]、[B]表示[X]=0.4185[R]-0.0912[G]+0.0009[B][Y]=-0.1587[R]+0.2524[G]-0.0025[B]〔1-24〕[Z]=-0.0828[R]+0.0157[G]+0.1786[B]二.顏色方程與三刺激值1.顏色方程在RGB坐標系中:F=R[R]+G[G]+B[B]在[X][Y][Z]計色制中:F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]2.三刺激值X、Y、Z與R、G、B的關(guān)系比較同一彩色在兩種計色制中的表示，可得：49精選ppt§1.3三基色原理與色度圖X=2.7689R+1.7518G+1.1302BY=1.000R+4.5907G+0.0601BZ=0.0000R+0.0565G+5.5943B三.XYZ色度圖〔CIE色度圖)F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]=m’{x[X]+y[Y]+z[Z]}式中：m’=X+Y+Z,x=X/m’,y=Y/m’,z=Z/m’顯然：x＋y+z=150精選pptXYZ色度圖〔CIE色度圖)§1.3三基色原理與色度圖51精選ppt§1.3三基色原理與色度圖四.標準光源的色度坐標

五.色度變化的其它表示方法1.色域圖2.等色調(diào)波長線與等飽和度線3.等色差閾圖

光源xyzABCED650.44760.34840.31010.33330.3130.40750.35160.31620.33330.3290.14500.30000.37370.33330.35852精選ppt§1.3三基色原理與色度圖色域圖

53精選ppt§1.3三基色原理與色度圖

等色度線和等飽和度線54精選ppt§1.3三基色原理與色度圖等色差域圖55精選ppt§1.4彩色的重現(xiàn)1.4.1顯象三基色一.顯象三基色的選擇1.顯象三基色彩色顯象管屏幕上的三種熒光粉在電子轟擊下所發(fā)出的基色或LCD所透過的三種基色2.選擇顯象三基色的原那么a).用所選三基色混色時，應盡可能獲得更多的混色〔色域面