第七章視頻色彩與計(jì)算機(jī)顏色仿真.ppt

1、第七章 視頻色彩與計(jì)算機(jī)顏色仿真,7.1 視頻色彩 7.1.1 視頻三原色： R、G、B 彩色電視所選定的紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色熒光粉。,CIE l931 色度圖上的顏色區(qū)域,紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)熒光粉的選擇,高飽和度與發(fā)光效率低的折衷； 保證三原色三角形的RG線(xiàn)盡量靠近光譜軌跡，以復(fù)現(xiàn)比較飽和的紅、橙、黃、綠一帶的常見(jiàn)且引起美感顏色； 飽和的藍(lán)、綠一帶的顏色是不常用的，所以GB線(xiàn)可以離開(kāi)光譜軌跡稍遠(yuǎn)些，而不致產(chǎn)生不良效果。 色域：由彩色電視三原色熒光粉復(fù)現(xiàn)的三角形顏色范圍。事實(shí)上，此色域已經(jīng)基本上包括了日常生活中常用的顏色。,顯像三原色熒光粉和標(biāo)準(zhǔn)白光的色度坐標(biāo),7.1.

2、2 彩色電視的白場(chǎng),1、白場(chǎng)色度的確定 過(guò)去有一些國(guó)家(如美國(guó)、日本)采用9300K相關(guān)色溫的色度作為白場(chǎng)的顏色（藍(lán)的冷白色）。選用這種偏藍(lán)的白場(chǎng)是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的紅熒光粉的發(fā)光效率低，為了提高熒光屏白場(chǎng)的亮度，必須充分利用綠粉和藍(lán)粉的光效，而使白場(chǎng)的色溫偏高。 近年來(lái)，紅色熒光粉的光效已有提高，趨向選擇更優(yōu)的相關(guān)色溫6500 K 的白場(chǎng)。,1、白場(chǎng)色度的確定,關(guān)于顏色喜愛(ài)的心理學(xué)研究表明： 當(dāng)環(huán)境照明用2400 K和5400 K光源時(shí)，觀察者最喜愛(ài)的白場(chǎng)色溫是50006000 K，而高于8500 K的色溫是不受喜愛(ài)的白場(chǎng)； 對(duì)膚色、黃色、藍(lán)色用6500K 白場(chǎng)比用9300K白場(chǎng)能獲得更優(yōu)的復(fù)現(xiàn)效果

3、。 在200010000 K色溫范圍內(nèi)，當(dāng)調(diào)節(jié)到適宜的亮度時(shí)，都能產(chǎn)生“白”色感覺(jué)。選擇中間值6500 K 色溫作為白場(chǎng)可以代表平均白色，而且這一白色與日光色溫一致，符合人在自然光下觀察物體顏色的習(xí)慣。 我國(guó)PAL制式及歐洲廣播聯(lián)盟(EBU)規(guī)定用D65的色度點(diǎn)作為彩色顯像管的白場(chǎng)。美國(guó)和加拿大曾用9300K相關(guān)色溫和光源C色度點(diǎn)作為白場(chǎng)，現(xiàn)在美國(guó)電影電視工程師學(xué)會(huì)(SMPTE) 決定改用D65作為白場(chǎng)。,2、白場(chǎng)平衡,白場(chǎng)平衡：調(diào)整顯像管的紅、綠、藍(lán)三色熒光粉的單色發(fā)光亮度比例，產(chǎn)生所規(guī)定的白場(chǎng)色度和總亮度。 PAL制式規(guī)定D65為白場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)色度，亮度為100尼特。 白場(chǎng)平衡調(diào)整方法： 儀器

4、測(cè)量法：調(diào)節(jié)三束電流比例和大小，用色度計(jì)和亮度計(jì)分別測(cè)量顯像管熒光屏的色度和亮度，使熒光屏上得到D65的標(biāo)準(zhǔn)白色 (x = 0.313，y = 0.329) 和達(dá)到規(guī)定的100尼特亮度。 目視比較法：將具有規(guī)定色度和亮度的D65標(biāo)準(zhǔn)光源和待測(cè)顯像管置于視場(chǎng)比較器兩側(cè)，調(diào)節(jié)待測(cè)管的三束電流，用視覺(jué)觀察直至視場(chǎng)兩側(cè)的顏色和明度相互匹配。,白場(chǎng)平衡目視比較法,7.1.3 視頻色彩的相加混色,根據(jù)視頻三原色，彩色電視中利用空間混色和時(shí)間混色對(duì)彩色圖像進(jìn)行空間和時(shí)間上的分割與混色，來(lái)傳送和重現(xiàn)彩色圖像。 1、時(shí)間混色法 將三原色光按一定順序輪流投射到同一表面上，只要輪換速度足夠快，由于視覺(jué)殘留，人眼產(chǎn)生

5、的彩色感覺(jué)與用三原色光直接混合時(shí)相同。這就是視頻色彩的時(shí)間混色法。它是順序制彩色電視的色彩基礎(chǔ)。,7.1.3 視頻色彩的相加混色,2、空間混色法 將三原色光分別投射到同一表面上相鄰的三個(gè)點(diǎn)上，只要這些點(diǎn)相距足夠小且充分近，則人眼在離開(kāi)一定距離處觀看，由于人眼的分辨率有一定限度，將產(chǎn)生3種原色光相混合的彩色感覺(jué)。這就是視頻色彩的空間混色法。它是同時(shí)制彩色電視的色彩基礎(chǔ)，也是彩色顯像管熒光屏構(gòu)造的理論基礎(chǔ)。,7.1.4 彩色電視制式與色彩混合,黑白電視制式通常以每幀掃描行數(shù)、每秒掃描場(chǎng)數(shù)、信道頻帶寬度以及隔行掃描方式等特征作為標(biāo)志。 彩色電視制式除了上述有關(guān)特性外，其主要區(qū)分標(biāo)志是三個(gè)原色信號(hào)或由

6、其組成的亮度信號(hào)和色差信號(hào)的傳輸處理方式。 彩色電視制式分類(lèi)： 從傳送信號(hào)的時(shí)間關(guān)系分，彩色電視制式可分別順序制、同時(shí)制和順序-同時(shí)制。,1、順序制,三個(gè)原色信號(hào)按定的順序輪換傳送。如按逐場(chǎng)、逐行和逐點(diǎn)輪換的特點(diǎn)。 順序制分：場(chǎng)順序制、行順序制、點(diǎn)順序制。 順序制在顯像時(shí)既要利用空間混合原理，又要利用時(shí)間混合原理。 順序制優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，重現(xiàn)彩色圖像質(zhì)量好。 順序制缺點(diǎn)：信號(hào)占用頻帶寬，因而不能實(shí)現(xiàn)彩色與黑白電視的兼容，不宜用于廣播電視，只應(yīng)用于工業(yè)電視或閉路電視。,2、同時(shí)制,攜帶彩色圖像的亮度和色度信息的三個(gè)信號(hào)是同時(shí)傳送的。在發(fā)送端對(duì)它們進(jìn)行了特殊的頻域處理，因而在接收端可以將它們分開(kāi)。

7、同時(shí)制的顯像方法是空間混合法。 同時(shí)制的優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)彩色與黑白電視的兼容，因而適用于廣播電視。 同時(shí)制的缺點(diǎn)：設(shè)備較復(fù)雜。 世界上用于彩色電視廣播的同時(shí)制有NTSC制和PAL制。,2、同時(shí)制,NTSC制式是美國(guó)國(guó)家電視臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)于1952年規(guī)定的彩色電視制式，又稱(chēng)為正交平衡調(diào)幅制。美國(guó)、加拿大、日本、韓國(guó)、我國(guó)的臺(tái)灣省等都采用這種制式。 PAL制式是在1962年內(nèi)當(dāng)時(shí)的西德提出的一種電視制式，又稱(chēng)為隔行倒相正交平衡調(diào)幅制式。PAL制式在德國(guó)、英國(guó)、中國(guó)、朝鮮等國(guó)家廣泛應(yīng)用，是世界上采用的國(guó)家和地區(qū)最多的一種電視制式。,3、順序-同時(shí)制,這是順序制和同時(shí)制兩種方式的結(jié)合，即傳送的信息中既有順

8、序傳送的部分，又有同時(shí)傳送的部分，但這種制式在顯像時(shí)卻不一定采用順序同時(shí)混合方式而可以采用同時(shí)方式。 順序-同時(shí)制的優(yōu)點(diǎn)：克服了同時(shí)制彩色電視中色度信號(hào)的相互串?dāng)_而引起的色調(diào)失真，較好地解決了串色和傳輸?shù)葐?wèn)題，提高了重顯圖像的穩(wěn)定性。 順序-同時(shí)制的缺點(diǎn)：彩色電視機(jī)的電路較復(fù)雜、成本較高。 世界上用于彩色電視廣播的順序-同時(shí)制式有SECAM制式。,3、順序-同時(shí)制,SECAM即順序傳送彩色與存儲(chǔ)，首先由法國(guó)人提出，于1967年正式用于電視廣播。采用這一制式的國(guó)家主要有法國(guó)、俄羅斯、埃及等。 在SECAM制式中，逐行依次傳送兩個(gè)色差信號(hào)，因而在傳送通道中，在同一時(shí)間內(nèi)只會(huì)存在一種色差信號(hào)，這就不

9、可能產(chǎn)生互串現(xiàn)象，但亮度信號(hào)仍然是每行都傳送。由于每一行只傳送一個(gè)色差信號(hào)，兩個(gè)色差信號(hào)就不必采用正交平衡調(diào)幅方式，而只需采用調(diào)頻方式。當(dāng)然，采用調(diào)頻方式將色差信號(hào)插入亮度信號(hào)，會(huì)不利于色度、亮度信號(hào)的徹底分離。 目前，世界各國(guó)采用的彩色電視制式主要是NTSC制式、PAL制式和SECAM制式。應(yīng)該說(shuō)這3種兼容制彩色電視制式各有千秋，沒(méi)有明顯的優(yōu)劣之分，都是屬于獨(dú)立的彩色電視系統(tǒng)。,7.1.5 大面積著色原理、高頻混合原理和恒亮度原理,1、大面積著色原理 “彩色細(xì)節(jié)失明”：人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨能力遠(yuǎn)比亮度細(xì)節(jié)分辨能力低。 如果人眼對(duì)與其相隔一定距離的黑白相間的條紋剛能分辨出黑白差別，一旦把黑白條

10、紋換成不同彩色相間的條紋后，就不再能分辨出條紋來(lái)。 例如：紅綠相間的條紋將引起一片黃色的感覺(jué)。 實(shí)驗(yàn)表明，人眼對(duì)不同色調(diào)細(xì)節(jié)的分辨力也不相同。 例如： 當(dāng)在白色背景上剛能分辨出黑色細(xì)節(jié)直徑為1 mm ，則 在紅色背景上能分辨出綠色細(xì)節(jié)的直徑增大到2.5 mm ， 在藍(lán)色背景上能分辨出綠色細(xì)節(jié)的直徑增大到 5 mm 。,人眼對(duì)各種彩色細(xì)節(jié)的分辨力,假如傳送細(xì)節(jié)的尺寸小于1 mm，那么人眼看到的各個(gè)細(xì)節(jié)部分只是在亮度方面存在著差別，而在顏色方面沒(méi)有差別，都表現(xiàn)為灰色。所以，當(dāng)重現(xiàn)彩色圖像時(shí)，只有大面積部分需要以三原色顯示，其色彩可以豐富圖像內(nèi)容。而對(duì)各種顏色的細(xì)節(jié)部分，彩色圖像可不必顯示出色度的差

11、別。因?yàn)榇藭r(shí)，人眼已不能辨認(rèn)它們的色度區(qū)別了，只能感覺(jué)到它們之間的亮度的不同，可以用黑白來(lái)顯示，這稱(chēng)為大面積著色原理。 按照這個(gè)原理，彩色電視系統(tǒng)在傳送彩色圖像時(shí)，細(xì)節(jié)部分可以只傳送黑白圖像，而不傳送彩色信息，大面積部分需要以三原色傳送。,2、高頻混合原理,人眼對(duì)亮度細(xì)節(jié)的分辨力強(qiáng)，1 2 的亮度變化就能覺(jué)察出來(lái)，對(duì)顏色細(xì)節(jié)的分辨力弱，而對(duì)彩色圖像的大面積變化部分卻有較高的分辨能力。 大面積的慢變化，相應(yīng)于信號(hào)的低頻成分。彩色細(xì)節(jié)和景物輪廓部分，相應(yīng)于亮度和顏色的快變化，即信號(hào)的高頻成分。它對(duì)于人眼僅有明暗的亮度感，區(qū)分不出顏色變化。 由亮度信號(hào)顯示出一幅清晰的黑白圖像，再由色度信號(hào)在這個(gè)清晰

12、的黑白圖像上進(jìn)行大面積低清晰度著色，此時(shí)人眼看起來(lái)卻是一幅清晰的彩色圖像。,2、高頻混合原理,電視圖像的水平清晰度是和信號(hào)頻帶寬度成正比的。水平清晰度每增加80線(xiàn)，相當(dāng)于視頻帶寬增加1 MHz。因而表征亮度信息的亮度信號(hào)占用頻帶06 MHz，而表征色度信息的色度信號(hào)可用窄帶01.3 MHz。 亮度信號(hào)和色度信號(hào)用某種方式相混合后傳送出去，在接收端可恢復(fù)的三原色信號(hào)只有低頻分量，而其高頻分量則用同一亮度信號(hào)的高頻分量來(lái)補(bǔ)充。這就是所謂的高頻混合原理。,3、恒亮度原理,恒亮度原理是指被攝景物的亮度不論用彩色或黑白電視傳輸系統(tǒng)傳送與接收，在傳輸系統(tǒng)是線(xiàn)性的前提條件下均應(yīng)保持恒定。即要求圖像的亮度只與

13、亮度信號(hào)有關(guān)，而與色度信號(hào)無(wú)關(guān)。 電視信號(hào)在傳送時(shí)干擾總是難免的。一般亮度通道引入1 2 的雜波干擾，人眼就能覺(jué)察出來(lái)，而色度通道引入10 20 的雜波干擾，引起的色飽和度變化人眼卻很難察覺(jué)。所以，采用恒亮度原理后，色通道引入的干擾就不會(huì)干擾亮度通道，不會(huì)引起圖像的亮度變化，從而提高了彩色圖像的抗干擾能力。 當(dāng)然，由于彩色電視采用高頻混合原理，對(duì)色差信號(hào)只用窄帶1.3 MHz傳送，而亮度信號(hào)用寬帶6 MHz傳送。因此嚴(yán)格地說(shuō)，只在1.3 MHz以?xún)?nèi)信號(hào)才可能實(shí)現(xiàn)恒亮度原理。而且由于實(shí)際攝像器件光電轉(zhuǎn)換及顯像管電光轉(zhuǎn)化的非線(xiàn)性，恒亮度傳輸只能是近似的。,7.2 電視系統(tǒng)中色彩的分解、傳遞與重現(xiàn),

14、彩色電視系統(tǒng)對(duì)景物色彩的傳送過(guò)程： 先通過(guò)攝像機(jī)的鏡頭及分色棱鏡把被攝景物分解成紅、綠、藍(lán)三個(gè)影像，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換形成紅、綠、藍(lán)三個(gè)電信號(hào)；再變成適于傳送的彩色電視信號(hào)，由一個(gè)信道傳送出去；在接收端經(jīng)電視機(jī)的電光轉(zhuǎn)換及三原色的加色空間混合，在屏幕上把被攝景物的影像及色彩重現(xiàn)出來(lái)。,7.2.1 景物色彩的分解及三原色信號(hào)的形成,景物色彩的分解,三原色圖像及其信號(hào),7.2.2 亮度信號(hào)和色差信號(hào),為了彩色電視和黑白電視的兼容，傳送一個(gè)亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)B -Y、R -Y。 1、亮度信號(hào)和色差信號(hào)的基本組成 以C白 光為標(biāo)準(zhǔn)光源的NTSC制式，亮度方程為 Y = 0.299 R + 0.587

15、 G + 0.114 B 當(dāng)NTSC制式選擇D65為標(biāo)準(zhǔn)光源時(shí)，亮度方程為 Y = 0.289 R + 0.605 G + 0.104 B 以D65為標(biāo)準(zhǔn)光源的PAL制式，它的亮度方程為 Y = 0.222 R + 0.707 G + 0.071 B,7.2.2 亮度信號(hào)和色差信號(hào),PAL制式中沒(méi)有采用自己的亮度方程，而是沿用了NTSC制式的(7-1) 亮度方程，并被近似地寫(xiě)為 Y = 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B 實(shí)踐證明，用上式進(jìn)行亮度計(jì)算，所引起的亮度誤差很小，能滿(mǎn)足視覺(jué)對(duì)亮度的要求。三個(gè)色差信號(hào)表示式: R Y = 0.70 R - 0.59 G 0.11 B B

16、Y = - 0.30 R - 0.59 G + 0.89 B G Y = - 0.30 R - 0.11 B + 0.41 G G -Y與 R -Y、B-Y 的關(guān)系式： G Y = - 0.51( R Y ) 0.19 ( B Y ) 由于G-Y色差信號(hào)的系數(shù)最小，在傳送過(guò)程中較其他兩種色差信號(hào)容易受干擾，所以選用Y、R-Y、B-Y三個(gè)信號(hào)進(jìn)行傳送。,2、彩色電視系統(tǒng)將圖像信號(hào)分為 亮度信號(hào)和色差信號(hào)的優(yōu)點(diǎn),(1) 可以滿(mǎn)足兼容 由于Y信號(hào)是圖像的全部亮度信號(hào)，黑白電視機(jī)只要接收到Y(jié)信號(hào)便可顯示出黑白圖像。 (2) 亮度通道中的干擾和噪聲對(duì)色調(diào)影響小 因?yàn)椴噬珗D像的色調(diào)是由三個(gè)原色的相對(duì)比例決

17、定的。當(dāng)三個(gè)原色都因干擾產(chǎn)生亮度變化時(shí)，三原色的相對(duì)比例變化不大，因此色調(diào)失真很小，只對(duì)飽和度影響較大。例如當(dāng)調(diào)整彩色電視機(jī)亮度旋鈕時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，彩色飽和度會(huì)受到影響，亮度越高，飽和度越淺，而對(duì)色調(diào)影響很小。,(3) 能滿(mǎn)足恒定亮度原理,在傳輸過(guò)程中假設(shè)Y信號(hào)沒(méi)有受干擾，而色差信號(hào)中混入了干擾信號(hào) (R-Y) 與 (B-Y) ，則在接收端收到的信號(hào)將是Y， (R-Y) + (R-Y) 與 (B-Y) + (B-Y) 。假設(shè) (R-Y) = (R-Y) + (R-Y)，(B-Y)= (B-Y) + (B-Y)。送給顯像管的三原色信號(hào)將是： R = ( R - Y ) + Y G = - 0.51

18、( R Y ) - 0.19 ( B Y ) + Y (7-7) B = ( B - Y ) + Y 亮度仍然決定于亮度方程： Y = 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B (7-8) 將式(7-7)代入上式，即可解得：Y = Y 計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，由于傳輸系統(tǒng)是線(xiàn)性的，色差信號(hào)在傳輸過(guò)程中所引入的干擾會(huì)在合成亮度信號(hào)時(shí)互相抵消，保證了亮度的恒定。,（4）能滿(mǎn)足混合高頻原理和大面積著色原理,混合后的彩色信號(hào)，其低頻分量由窄帶的色度信號(hào)控制，形成大面積的彩色；而高頻分量由寬帶的亮度信號(hào)控制形成圖像的細(xì)節(jié)，從而既保證彩色圖像的清晰度又實(shí)現(xiàn)了兼容。 若不傳送色差信號(hào)而只傳送窄帶的原色信號(hào)，會(huì)

19、使圖像信號(hào)中多出亮度信號(hào)低頻分量，因此還得將原色信號(hào)中多余的低頻亮度信號(hào)再濾掉。這給電路帶來(lái)困難，也難保證彩色圖像的質(zhì)量。,3、NTSC制式的U、V色差信號(hào)和I、Q色差信號(hào),NTSC制式的色度信號(hào)由兩個(gè)色差信號(hào)分別對(duì)初位相為0o和90o的兩個(gè)相同頻率的副載波平衡調(diào)幅再混合而成。所以，NTSC制式又稱(chēng)正交平衡調(diào)幅制。 NTSC制式的U、V色差信號(hào)：為了信號(hào)的不失真?zhèn)鬏?，在?duì)兩個(gè)正交的副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅之前，先對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆葔嚎s。壓縮后的色差信號(hào)分別用U和V表示，它們與壓縮前的色差信號(hào)R-Y、B-Y的關(guān)系是 U = 0.493 (B - Y)， V = 0.877 (R - Y) 利用亮度方程

20、，可求出U、V與R、G、B的關(guān)系： Y = 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B U = - 0.15 R 0.30 G + 0.44 B V = 0.62 R 0.52 G 0.10 B 數(shù)字彩色視頻圖像處理常以此為依據(jù)做彩色空間的變換。,NTSC制式的I、Q色差信號(hào),根據(jù)視覺(jué)特性研究，人眼對(duì)紅、黃之間顏色的分辨力最強(qiáng)，而對(duì)藍(lán)、品紅之間顏色的分辨力最弱。 在色度圖中以 I 軸表示人眼最為敏感的色軸，而以與之垂直的Q 軸表示最不為敏感的色軸。這樣，如果將U、V信號(hào)變換為Q、I 信號(hào)，就可對(duì)I 所對(duì)應(yīng)的色度信號(hào)采用較寬的帶寬，而對(duì)Q信號(hào)對(duì)應(yīng)的色度信號(hào)則只需采用很窄的帶寬來(lái)進(jìn)行傳輸。,

21、Q、I 軸與U、V 軸的關(guān)系,可求出Q、I 與三原色 R、G、B 的關(guān)系為： Y = 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B Q = 0.21 R 0.52 G + 0.31B I = 0.60 R 0.28 G 0.32 B,Q = Ucos33o + Vsin33o I = U( -sin33o) + Vcos33o,PAL制式獲得色度信號(hào)的方法，也是先將三原色R、G、B變換為一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)，然后再用正交平衡調(diào)幅的方法把色度信號(hào)安插到亮度信號(hào)的間隙之中，這些與NTSC制式大致相同。 所不同的是，PAL制式采用逐行倒相的方法來(lái)克服NTSC制式對(duì)相位失真引起色調(diào)失真的缺點(diǎn)

22、。人眼的視覺(jué)特性對(duì)色調(diào)失真很敏感，而對(duì)飽和度失真不敏感，而逐行倒相的方法可以把相位失真引起的色調(diào)失真轉(zhuǎn)化為飽和度失真，所以PAL制式又稱(chēng)逐行倒相正交平衡調(diào)幅制。,SECAM 制式是采用逐行依次傳送 R - Y、B Y 兩個(gè)色差信號(hào)，連續(xù)傳送亮度信號(hào)的方法來(lái)避免因同時(shí)傳送造成的串色及色彩的失真，而接收端則利用解碼器的延遲線(xiàn)將收到的信號(hào)儲(chǔ)存，以便能從傳送來(lái)的三個(gè)電視信號(hào)中同時(shí)取用重現(xiàn)彩色圖像的R、G、B三原色信號(hào)。,7.2.3 景物色彩的重現(xiàn),為了重現(xiàn)景物色彩，彩色電視機(jī)就必須把收到的彩色全電視信號(hào)恢復(fù)成三個(gè)原色信號(hào)，并還原成三原色圖像，然后由顯像管將其疊加，從而恢復(fù)原景物色彩。 彩色電視機(jī)收下傳

23、送來(lái)的彩色全電視信號(hào)時(shí)，先由矩陣電路把R-Y和B -Y色差信號(hào)轉(zhuǎn)換出G -Y色差信號(hào)，再以矩陣電路將三個(gè)色差信號(hào)分別與亮度信號(hào)Y相加，就可恢復(fù)成三個(gè)原色信號(hào)，即 ( R Y ) + Y = R ( B Y ) + Y = B ( G Y ) + Y = G,按照高頻混合原理，亮度信號(hào)Y傳送的是全頻帶信息，兩個(gè)色差信號(hào)R - Y、B - Y只傳送低頻部分信息。若取色差信號(hào)的頻帶為 01 MHz，而亮度信號(hào)的頻帶為16 MHz，則送到顯像管的三個(gè)信號(hào)將分別為 ( R Y ) 0-1 + Y0-6 = R 0-1 + Y1-6 ( B Y ) 0-1 + Y0-6 = B 0-1 + Y1-6 (

24、G Y ) 0-1 + Y0-6 = G 0-1 + Y1-6 由上式可見(jiàn)，重現(xiàn)彩色圖像的三原色信號(hào)由兩部分組成，其低頻部分包含01 MHz的原色信號(hào)，而高頻部分16 MHz范圍內(nèi)為亮度信號(hào)分量。因此，能顯示出大面積的彩色圖像，再附加黑白細(xì)節(jié)，正好與人眼視覺(jué)特性相適應(yīng)。,彩條信號(hào)重現(xiàn)的示意圖,黃色信號(hào)復(fù)原：,黃色是由于吸收了白光中的藍(lán)光，反射了全部紅光和綠光形成的。因此，三原色電壓為：R= 1，G = 1，B = 0。 亮度信號(hào)和色差信號(hào)為： Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B = 0.89 (B Y) = - 0.30 R - 0.59 G + 0.89 B = - 0.89

25、 ， (R Y) = 0.70 R - 0.59 G 0.11 B = 0.11 三原色信號(hào)電壓復(fù)原后為： R = (R Y) + Y = 0.11 + 0.89 = 1 G = - 0.51 (R - Y) 0.19 (B - Y) + Y = - 0.510.11 + 0.190.89 + 0.89 = 1 B = (B Y) + Y = - 0.89 + 0.89 = 0 。,青色信號(hào)復(fù)原：,因?yàn)榍嗌俏樟税坠庵械娜考t光，反射了全部的藍(lán)光和綠光形成的。因此，三原色電壓為：R = 0 ，G = 1，B = 1， 亮度信號(hào)和色差信號(hào)為： Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B

26、 = 0.70 ， (B Y) = - 0.30 R - 0.59 G + 0.89 B = 0.30 ， (R Y) = 0.70 R - 0.59 G 0.11 B = - 0.70。 三原色信號(hào)電壓復(fù)原后為： R = (R Y) + Y = - 0.70 + 0.70 = 0 G = - 0.51 (R - Y) 0.19 (B - Y) + Y = - 0.51(-0.70) - 0.190.3 0 + 0.70 = 1 B = (B Y) + Y = 0.30 + 0.70 = 1。,7.3 計(jì)算機(jī)顏色仿真,在視覺(jué)研究和測(cè)色、配色評(píng)估中越來(lái)越多地采用彩色顯示器來(lái)獲得顏色刺激，而這個(gè)刺

27、激常常必須具有特定的CIE色度坐標(biāo)和亮度值。因此，研究出一種能在彩色顯示器上保真地產(chǎn)生所需的顏色顯得尤為重要。 7.3.1 彩色顯示器色度特性定標(biāo) 1、白場(chǎng)平衡調(diào)整 白場(chǎng)平衡的色溫可根據(jù)具體要求選用標(biāo)準(zhǔn)照明體D65、C或其他合理的色溫基準(zhǔn)。這里結(jié)合彩色顯示器的特點(diǎn)和配色的要求而選用D65 標(biāo)準(zhǔn)照明體作為彩色顯示器的白場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，色溫為 6500K，色度坐標(biāo)是 z = 0.313，y = 0.329。同時(shí)，考慮到彩色顯示器模擬顏色的主要目的是人眼視覺(jué)評(píng)估和研究，故應(yīng)使白平衡的最大亮度等于人眼視覺(jué)對(duì)白色的最高允許亮度主觀評(píng)價(jià)值，其值約為 88 cd/m2。,1、白場(chǎng)平衡調(diào)整,彩色顯示器的白場(chǎng)平衡調(diào)整過(guò)

28、程與彩色電視機(jī)有所不同，彩電是兩點(diǎn)調(diào)整，即亮平衡和暗平衡，而彩色顯示器通常只提供一組三個(gè)顏色電位器R、G、B，故只能進(jìn)行一點(diǎn)調(diào)整，所以，這時(shí)需要選擇調(diào)整點(diǎn)的位置。 經(jīng)過(guò)大量的調(diào)整和測(cè)量試驗(yàn)，認(rèn)為在彩色顯示器的對(duì)比度和亮度旋鈕置中并定位不變的條件下，將彩色顯示器控制三色電子槍激勵(lì)的三色緩沖寄存器dr 、dg、db均設(shè)置為255 時(shí)，調(diào)節(jié)三個(gè)顏色電位器，使顯示的白色達(dá)到D65標(biāo)準(zhǔn)值及人眼視覺(jué)對(duì)白色的最高允許亮度值。經(jīng)過(guò)這樣的調(diào)整，彩色顯示器在重現(xiàn)亮度范圍內(nèi)的白平衡誤差最小，顯色效果最佳。,2、熒光粉色度特性,彩色顯示器通過(guò)對(duì)其R、G、B三原色緩沖寄存器的直接編程可獲得所需的顏色顯示。三個(gè)緩沖器均為

29、8位寄存器，每個(gè)緩沖器可有0255共256個(gè)離散值，R、G、B組合可產(chǎn)生 256256256 = 16 M 種顏色。顯然，如此多的顏色不可能逐個(gè)全部測(cè)定，所以，為了減少測(cè)量次數(shù)，有必要對(duì)彩色顯示器的性能作一些假設(shè)。 （1） 彩色顯示器的假設(shè)條件：三色熒光粉色度參數(shù)恒定和CRT上空間各點(diǎn)色度特性互不相關(guān)。 這兩個(gè)假設(shè)條件保證三色電子槍的作用函數(shù)與時(shí)間變量無(wú)關(guān)，對(duì)應(yīng)定標(biāo)數(shù)據(jù)在實(shí)際顯色操作中準(zhǔn)確有效，顯示器屏幕上空間各點(diǎn)顏色可以分別編程控制，便于色塊的合理布局和組合，使計(jì)算機(jī)模擬色仿真的算法達(dá)到普遍適用的目的。,（2） 熒光粉色度特性的定標(biāo)方法,對(duì)電子槍激發(fā)熒光粉的色度特性進(jìn)行實(shí)際的定標(biāo)只需測(cè)定在R

30、、G、B三個(gè)電子槍分別激勵(lì)下的輸出特性，具體地說(shuō)，可按如下步驟實(shí)施： 第1步：令G、B 緩沖器輸入值均為零，即dG = 0和dB = 0，而使R緩沖器的輸入值從0到252按4個(gè)單位量增值，即dR = 0，4，8，252。利用光譜光度計(jì)或彩色亮度計(jì)測(cè)出每個(gè)輸入值所對(duì)應(yīng)的在CRT上輸出顏色的CIE色度坐標(biāo)(xR，yR)和亮度值YR。再根據(jù)色度學(xué)原理，可將xR、yR 和YR轉(zhuǎn)換成彩色顯示器的與CIE色度系統(tǒng)有關(guān)的Rcol、Gcol和Bcol 。這樣就得到了一個(gè)由64組值構(gòu)成的dR 與 (Rcol，Gcol，Bcol)之間一一對(duì)應(yīng)的搜索表。,R 電子槍激發(fā)熒光粉色度特性的定標(biāo)曲線(xiàn),（2） 熒光粉色度特

31、性的定標(biāo)方法,第2步：令dR = 0和dB = 0，而使dG 從0開(kāi)始按4個(gè)單位量增值至252。同樣測(cè)出每個(gè)輸入值對(duì)應(yīng)的CRT輸出顏色的色度坐標(biāo) (xG，yG)和亮度值YG并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的與CIE色度系統(tǒng)有關(guān)的三色刺激值Rcol、Gcol和Bcol。由此獲得dG 與 (Gcol，Rcol，Bcol) 之間關(guān)系的定標(biāo)數(shù)據(jù)及相應(yīng)曲線(xiàn)。 第3步：令dR= 0和dG= 0，而使dB = 0，4，8，252。測(cè)出對(duì)應(yīng)各組顏色的色度坐標(biāo) (xB，yB) 和亮度值YB，并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的Rcol、Gcol和Bcol。同樣得到dB與 (Bcol，Rcol，Gcol) 之間的關(guān)系定標(biāo)數(shù)據(jù)表。,緩沖器輸入值與 CRT上

32、輸出的相對(duì)值關(guān)系,kg，R、ko，R、R 分別表示彩色顯色器紅色電子槍射出的電子束轟擊熒光粉產(chǎn)生發(fā)光的特征參量。對(duì)于G、B緩沖器輸入值dG 、dB與 CRT上輸出的相對(duì)值QG = YG / YG，max、QB = ZB / ZB，max之間也有相似關(guān)系。,R 緩沖器輸入值dR 與 CRT上輸出的相對(duì)值QR = XR / XR，max 之間有如下關(guān)系：,例如：某CRT彩色顯色器的R、G、B三個(gè)信道最大輸出的色度和光亮度見(jiàn)下表。 R、G、B三個(gè)信道最大輸出的色度和光亮度,根據(jù)色度(x，y)和光亮度(Y)，計(jì)算三刺激值 X和 Z 的方程為 X = Y x / y， Z = Y（1- x y）/ y。

33、,R、G、B三個(gè)信道最大輸出時(shí)的三刺激值,把各信道最大輸出時(shí)的三刺激值相加，即可計(jì)算顯示器白場(chǎng)的亮度Y白和色度（x白，y白）。 X白 = XR, max+XG, max+XB, max = 75.10 Y白 = YR, max+YG, max+YB, max = 80.00 Z白 = ZR, max +ZG, max +ZB, max = 72.50 x白 = Xn / ( X白 + Y白 + Z白) = 0.3300 y白 = Yn / ( X白 + Y白 + Z白) = 0.3515,對(duì)于這個(gè)特殊CRT彩色顯色器，三個(gè)信道具有相同的特點(diǎn)。 根據(jù)8個(gè)緩沖寄存器的輸入值與CRT上輸出的相對(duì)值，

34、采用最小二乘法可確定彩色顯色器3個(gè)特征參量為kg = -0.02、ko = 1.02、 = 2.4。 即緩沖器輸入值dI 與 CRT上輸出的相對(duì)值QI 之間關(guān)系為： QI = 1.02 ( dI / 255 ) 0.02 2.4 （ dI 5 ） QI = 0 （ dI 5 ） 其中 I 指CRT彩色顯色器R、G、B三信道。,若此CRT彩色顯色器R、G、B緩沖器輸入值分別為dR = 40，dG = 140，dB = 80，則可計(jì)算QR、QG和QB， QR = 1.0240 255 0.02 2.4 = 0.0089 QG = 1.02140 255 0.02 2.4 = 0.2279 QB =

35、 1.0280 255 0.02 2.4 = 0.0556 根據(jù)色光混合原理，相應(yīng)顏色的三刺激值X、Y、Z為 X = QR XR，max + QG XG，max + QR XB，max = 0.008933.17 + 0.227930.22 + 0.055611.71 = 7.83 Y = QR YR，max + QG YG，max + QR YB，max = 0.008917.46 + 0.227957.38 + 0.05565.16 = 13.52 Z = QR ZR，max + QG ZG，max + QR ZB，max = 0.00891.69+ 0.227910.02+ 0.0556

36、60.79 = 5.68,利用顯示器白場(chǎng)的三刺激值，相應(yīng)顏色的CIELAB坐標(biāo)為 L* = 116(YYn)1/3 16 = 116(13.5280.00 ) 1/3 16 = 48.1 a* = 500(XXn)1/3 (YYn)1/3 = 500(7.8375.1)1/3 (13.5280.0) 1/3 = - 41.1 b* = 200(YYn)1/3 (ZZn)1/3 = 200(13.5280.0)1/3 (5.6872.5) 1/3 = 25.0,7.3.2 顏色仿真算法,1、初始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 為了在彩色顯示器上仿真具有特定光譜分布的實(shí)際反射樣品顏色，首先必須將從快速測(cè)色系統(tǒng)的通訊接口

37、獲得的樣品色光譜反射比數(shù)據(jù) () 轉(zhuǎn)換成CIE三刺激值X、Y、Z，即 這里P 表示標(biāo)準(zhǔn)光源的相對(duì)光譜功率分布，由于白場(chǎng)平衡基準(zhǔn)采用D65，故P 也取為D65； 為實(shí)際樣品的光譜反射比。下標(biāo)表示波長(zhǎng)；k = 100/P，其中 = 10 nm。,2、CIEXYZ色度系統(tǒng)向熒光粉RGB系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換,三原色熒光粉各有一組可直接用光譜光度計(jì)測(cè)定的色度坐標(biāo)，分別記作紅粉的(xR，yR，zR)、綠粉的(xG，yG，zG)和藍(lán)粉的(xB，yB，zB)。當(dāng)然，R、G、B熒光粉也各有一組對(duì)應(yīng)的三刺激值： 紅粉：XR = CR xR ，YR = CR yR ，ZR = CR zR 綠粉：XG = CG xG ，YG

38、= CGyG ，ZG = CG zG 藍(lán)粉：XB = CB xB ，YB = CB yB ，ZB = CB zB 這里C = X + Y + Z代表熒光粉的這組三刺激值所指的顏色。,設(shè)在XYZ系統(tǒng)中，匹配一個(gè)單位的(R)、(G)、(B)原色所用的(X)、(Y)、(Z)原色的數(shù)量分別為XR 、YR 、ZR 、XG 、YG 、ZG 及XB 、YB 、ZB ，則根據(jù)Grassman定律可得到由熒光粉的色度坐標(biāo)和C因子表示的在CRT上顯示顏色的三刺激值： (7-19 ) 式中R、G、B是熒光粉三原色的量，即驅(qū)動(dòng)CRT顯示的一組數(shù)值。,(7-20) F =xR(yG zB yBzG) + xG(yB z

39、R yRzB) + xB(yR zG yGzR) 選定參考白基準(zhǔn)，將其 X、Y、Z 和 F 表達(dá)式的值代入方程(7-20 )，并令R = G = B = 1進(jìn)行歸一化，可求出系數(shù)CR、CG、CB 。再將CR、CG、CB的值代回方程(7-20 )，則可最終解出由XYZ系統(tǒng)向RGB空間的轉(zhuǎn)換方程。,為解出未知數(shù)CR、CG、CB，求出方程(7-19 )的逆方程：,現(xiàn)假設(shè)彩色顯示器為PAL制式，并選用D65為基準(zhǔn)白，則將PAL制的R、G、B在CIEXYZ系統(tǒng)中的色度坐標(biāo) (R)： xR = 0.64，yR = 0.33，zR = 0.03 (G)： xG = 0.29，yG = 0.60，zG = 0.11 (B)： xB = 0.15，yB = 0.06，zB = 0.79 代入F表達(dá)式，可求得其值為：F = 0.227 在方程(7-20)中，令R = G = B = 1，并代入上述F值及D65光源的三刺激值 X = 95.00，Y = 100.00，Z = 108.89 則可求出