第七章視頻色彩與計算機顏色仿真.ppt

1、第七章 視頻色彩與計算機顏色仿真,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(B)三原色熒光粉。,CIE l931 色度圖上的顏色區(qū)域,紅(R)、綠(G)、藍(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、綠一帶的常見且引起美感顏色； 飽和的藍、綠一帶的顏色是不常用的，所以GB線可以離開光譜軌跡稍遠些，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準白光的色度坐標,7.1.

2、2 彩色電視的白場,1、白場色度的確定 過去有一些國家(如美國、日本)采用9300K相關(guān)色溫的色度作為白場的顏色（藍的冷白色）。選用這種偏藍的白場是因為當時的紅熒光粉的發(fā)光效率低，為了提高熒光屏白場的亮度，必須充分利用綠粉和藍粉的光效，而使白場的色溫偏高。 近年來，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。,1、白場色度的確定,關(guān)于顏色喜愛的心理學(xué)研究表明： 當環(huán)境照明用2400 K和5400 K光源時，觀察者最喜愛的白場色溫是50006000 K，而高于8500 K的色溫是不受喜愛的白場； 對膚色、黃色、藍色用6500K 白場比用9300K白場能獲得更優(yōu)的復(fù)現(xiàn)效果

3、。 在200010000 K色溫范圍內(nèi)，當調(diào)節(jié)到適宜的亮度時，都能產(chǎn)生“白”色感覺。選擇中間值6500 K 色溫作為白場可以代表平均白色，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PAL制式及歐洲廣播聯(lián)盟(EBU)規(guī)定用D65的色度點作為彩色顯像管的白場。美國和加拿大曾用9300K相關(guān)色溫和光源C色度點作為白場，現(xiàn)在美國電影電視工程師學(xué)會(SMPTE) 決定改用D65作為白場。,2、白場平衡,白場平衡：調(diào)整顯像管的紅、綠、藍三色熒光粉的單色發(fā)光亮度比例，產(chǎn)生所規(guī)定的白場色度和總亮度。 PAL制式規(guī)定D65為白場的標準色度，亮度為100尼特。 白場平衡調(diào)整方法： 儀器

4、測量法：調(diào)節(jié)三束電流比例和大小，用色度計和亮度計分別測量顯像管熒光屏的色度和亮度，使熒光屏上得到D65的標準白色 (x = 0.313，y = 0.329) 和達到規(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標準光源和待測顯像管置于視場比較器兩側(cè)，調(diào)節(jié)待測管的三束電流，用視覺觀察直至視場兩側(cè)的顏色和明度相互匹配。,白場平衡目視比較法,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間混色對彩色圖像進行空間和時間上的分割與混色，來傳送和重現(xiàn)彩色圖像。 1、時間混色法 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，由于視覺殘留，人眼產(chǎn)生

5、的彩色感覺與用三原色光直接混合時相同。這就是視頻色彩的時間混色法。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點上，只要這些點相距足夠小且充分近，則人眼在離開一定距離處觀看，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。這就是視頻色彩的空間混色法。它是同時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)、每秒掃描場數(shù)、信道頻帶寬度以及隔行掃描方式等特征作為標志。 彩色電視制式除了上述有關(guān)特性外，其主要區(qū)分標志是三個原色信號或由

6、其組成的亮度信號和色差信號的傳輸處理方式。 彩色電視制式分類： 從傳送信號的時間關(guān)系分，彩色電視制式可分別順序制、同時制和順序-同時制。,1、順序制,三個原色信號按定的順序輪換傳送。如按逐場、逐行和逐點輪換的特點。 順序制分：場順序制、行順序制、點順序制。 順序制在顯像時既要利用空間混合原理，又要利用時間混合原理。 順序制優(yōu)點：設(shè)備簡單，重現(xiàn)彩色圖像質(zhì)量好。 順序制缺點：信號占用頻帶寬，因而不能實現(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、同時制,攜帶彩色圖像的亮度和色度信息的三個信號是同時傳送的。在發(fā)送端對它們進行了特殊的頻域處理，因而在接收端可以將它們分開。

7、同時制的顯像方法是空間混合法。 同時制的優(yōu)點：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。 同時制的缺點：設(shè)備較復(fù)雜。 世界上用于彩色電視廣播的同時制有NTSC制和PAL制。,2、同時制,NTSC制式是美國國家電視臺標準委員會于1952年規(guī)定的彩色電視制式，又稱為正交平衡調(diào)幅制。美國、加拿大、日本、韓國、我國的臺灣省等都采用這種制式。 PAL制式是在1962年內(nèi)當時的西德提出的一種電視制式，又稱為隔行倒相正交平衡調(diào)幅制式。PAL制式在德國、英國、中國、朝鮮等國家廣泛應(yīng)用，是世界上采用的國家和地區(qū)最多的一種電視制式。,3、順序-同時制,這是順序制和同時制兩種方式的結(jié)合，即傳送的信息中既有順

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

9、可能產(chǎn)生互串現(xiàn)象，但亮度信號仍然是每行都傳送。由于每一行只傳送一個色差信號，兩個色差信號就不必采用正交平衡調(diào)幅方式，而只需采用調(diào)頻方式。當然，采用調(diào)頻方式將色差信號插入亮度信號，會不利于色度、亮度信號的徹底分離。 目前，世界各國采用的彩色電視制式主要是NTSC制式、PAL制式和SECAM制式。應(yīng)該說這3種兼容制彩色電視制式各有千秋，沒有明顯的優(yōu)劣之分，都是屬于獨立的彩色電視系統(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 “彩色細節(jié)失明”：人眼對彩色細節(jié)的分辨能力遠比亮度細節(jié)分辨能力低。 如果人眼對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。 例如：紅綠相間的條紋將引起一片黃色的感覺。 實驗表明，人眼對不同色調(diào)細節(jié)的分辨力也不相同。 例如： 當在白色背景上剛能分辨出黑色細節(jié)直徑為1 mm ，則 在紅色背景上能分辨出綠色細節(jié)的直徑增大到2.5 mm ， 在藍色背景上能分辨出綠色細節(jié)的直徑增大到 5 mm 。,人眼對各種彩色細節(jié)的分辨力,假如傳送細節(jié)的尺寸小于1 mm，那么人眼看到的各個細節(jié)部分只是在亮度方面存在著差別，而在顏色方面沒有差別，都表現(xiàn)為灰色。所以，當重現(xiàn)彩色圖像時，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。而對各種顏色的細節(jié)部分，彩色圖像可不必顯示出色度的差

11、別。因為此時，人眼已不能辨認它們的色度區(qū)別了，只能感覺到它們之間的亮度的不同，可以用黑白來顯示，這稱為大面積著色原理。 按照這個原理，彩色電視系統(tǒng)在傳送彩色圖像時，細節(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,人眼對亮度細節(jié)的分辨力強，1 2 的亮度變化就能覺察出來，對顏色細節(jié)的分辨力弱，而對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)于信號的低頻成分。彩色細節(jié)和景物輪廓部分，相應(yīng)于亮度和顏色的快變化，即信號的高頻成分。它對于人眼僅有明暗的亮度感，區(qū)分不出顏色變化。 由亮度信號顯示出一幅清晰的黑白圖像，再由色度信號在這個清晰

12、的黑白圖像上進行大面積低清晰度著色，此時人眼看起來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頻帶寬度成正比的。水平清晰度每增加80線，相當于視頻帶寬增加1 MHz。因而表征亮度信息的亮度信號占用頻帶06 MHz，而表征色度信息的色度信號可用窄帶01.3 MHz。 亮度信號和色度信號用某種方式相混合后傳送出去，在接收端可恢復(fù)的三原色信號只有低頻分量，而其高頻分量則用同一亮度信號的高頻分量來補充。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、亮度信號有關(guān)，而與色度信號無關(guān)。 電視信號在傳送時干擾總是難免的。一般亮度通道引入1 2 的雜波干擾，人眼就能覺察出來，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。所以，采用恒亮度原理后，色通道引入的干擾就不會干擾亮度通道，不會引起圖像的亮度變化，從而提高了彩色圖像的抗干擾能力。 當然，由于彩色電視采用高頻混合原理，對色差信號只用窄帶1.3 MHz傳送，而亮度信號用寬帶6 MHz傳送。因此嚴格地說，只在1.3 MHz以內(nèi)信號才可能實現(xiàn)恒亮度原理。而且由于實際攝像器件光電轉(zhuǎn)換及顯像管電光轉(zhuǎn)化的非線性，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)對景物色彩的傳送過程： 先通過攝像機的鏡頭及分色棱鏡把被攝景物分解成紅、綠、藍三個影像，并通過光電轉(zhuǎn)換形成紅、綠、藍三個電信號；再變成適于傳送的彩色電視信號，由一個信道傳送出去；在接收端經(jīng)電視機的電光轉(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。,7.2.1 景物色彩的分解及三原色信號的形成,景物色彩的分解,三原色圖像及其信號,7.2.2 亮度信號和色差信號,為了彩色電視和黑白電視的兼容，傳送一個亮度信號Y和兩個色差信號B -Y、R -Y。 1、亮度信號和色差信號的基本組成 以C白 光為標準光源的NTSC制式，亮度方程為 Y = 0.299 R + 0.587

15、 G + 0.114 B 當NTSC制式選擇D65為標準光源時，亮度方程為 Y = 0.289 R + 0.605 G + 0.104 B 以D65為標準光源的PAL制式，它的亮度方程為 Y = 0.222 R + 0.707 G + 0.071 B,7.2.2 亮度信號和色差信號,PAL制式中沒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，并被近似地寫為 Y = 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B 實踐證明，用上式進行亮度計算，所引起的亮度誤差很小，能滿足視覺對亮度的要求。三個色差信號表示式: 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色差信號的系數(shù)最小，在傳送過程中較其他兩種色差信號容易受干擾，所以選用Y、R-Y、B-Y三個信號進行傳送。,2、彩色電視系統(tǒng)將圖像信號分為 亮度信號和色差信號的優(yōu)點,(1) 可以滿足兼容 由于Y信號是圖像的全部亮度信號，黑白電視機只要接收到Y(jié)信號便可顯示出黑白圖像。 (2) 亮度通道中的干擾和噪聲對色調(diào)影響小 因為彩色圖像的色調(diào)是由三個原色的相對比例決

17、定的。當三個原色都因干擾產(chǎn)生亮度變化時，三原色的相對比例變化不大，因此色調(diào)失真很小，只對飽和度影響較大。例如當調(diào)整彩色電視機亮度旋鈕時可以發(fā)現(xiàn)，彩色飽和度會受到影響，亮度越高，飽和度越淺，而對色調(diào)影響很小。,(3) 能滿足恒定亮度原理,在傳輸過程中假設(shè)Y信號沒有受干擾，而色差信號中混入了干擾信號 (R-Y) 與 (B-Y) ，則在接收端收到的信號將是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 計算結(jié)果說明，由于傳輸系統(tǒng)是線性的，色差信號在傳輸過程中所引入的干擾會在合成亮度信號時互相抵消，保證了亮度的恒定。,（4）能滿足混合高頻原理和大面積著色原理,混合后的彩色信號，其低頻分量由窄帶的色度信號控制，形成大面積的彩色；而高頻分量由寬帶的亮度信號控制形成圖像的細節(jié)，從而既保證彩色圖像的清晰度又實現(xiàn)了兼容。 若不傳送色差信號而只傳送窄帶的原色信號，會

19、使圖像信號中多出亮度信號低頻分量，因此還得將原色信號中多余的低頻亮度信號再濾掉。這給電路帶來困難，也難保證彩色圖像的質(zhì)量。,3、NTSC制式的U、V色差信號和I、Q色差信號,NTSC制式的色度信號由兩個色差信號分別對初位相為0o和90o的兩個相同頻率的副載波平衡調(diào)幅再混合而成。所以，NTSC制式又稱正交平衡調(diào)幅制。 NTSC制式的U、V色差信號：為了信號的不失真?zhèn)鬏敚趯蓚€正交的副載波進行平衡調(diào)幅之前，先對其進行適當?shù)姆葔嚎s。壓縮后的色差信號分別用U和V表示，它們與壓縮前的色差信號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,根據(jù)視覺特性研究，人眼對紅、黃之間顏色的分辨力最強，而對藍、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信號變換為Q、I 信號，就可對I 所對應(yīng)的色度信號采用較寬的帶寬，而對Q信號對應(yīng)的色度信號則只需采用很窄的帶寬來進行傳輸。,

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制式獲得色度信號的方法，也是先將三原色R、G、B變換為一個亮度信號和兩個色差信號，然后再用正交平衡調(diào)幅的方法把色度信號安插到亮度信號的間隙之中，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克服NTSC制式對相位失真引起色調(diào)失真的缺點

22、。人眼的視覺特性對色調(diào)失真很敏感，而對飽和度失真不敏感，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 兩個色差信號，連續(xù)傳送亮度信號的方法來避免因同時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將收到的信號儲存，以便能從傳送來的三個電視信號中同時取用重現(xiàn)彩色圖像的R、G、B三原色信號。,7.2.3 景物色彩的重現(xiàn),為了重現(xiàn)景物色彩，彩色電視機就必須把收到的彩色全電視信號恢復(fù)成三個原色信號，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。 彩色電視機收下傳

23、送來的彩色全電視信號時，先由矩陣電路把R-Y和B -Y色差信號轉(zhuǎn)換出G -Y色差信號，再以矩陣電路將三個色差信號分別與亮度信號Y相加，就可恢復(fù)成三個原色信號，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Y傳送的是全頻帶信息，兩個色差信號R - Y、B - Y只傳送低頻部分信息。若取色差信號的頻帶為 01 MHz，而亮度信號的頻帶為16 MHz，則送到顯像管的三個信號將分別為 ( 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，重現(xiàn)彩色圖像的三原色信號由兩部分組成，其低頻部分包含01 MHz的原色信號，而高頻部分16 MHz范圍內(nèi)為亮度信號分量。因此，能顯示出大面積的彩色圖像，再附加黑白細節(jié)，正好與人眼視覺特性相適應(yīng)。,彩條信號重現(xiàn)的示意圖,黃色信號復(fù)原：,黃色是由于吸收了白光中的藍光，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。 亮度信號和色差信號為： 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 。,青色信號復(fù)原：,因為青色是吸收了白光中的全部紅光，反射了全部的藍光和綠光形成的。因此，三原色電壓為：R = 0 ，G = 1，B = 1， 亮度信號和色差信號為： 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 計算機顏色仿真,在視覺研究和測色、配色評估中越來越多地采用彩色顯示器來獲得顏色刺激，而這個刺

27、激常常必須具有特定的CIE色度坐標和亮度值。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 1、白場平衡調(diào)整 白場平衡的色溫可根據(jù)具體要求選用標準照明體D65、C或其他合理的色溫基準。這里結(jié)合彩色顯示器的特點和配色的要求而選用D65 標準照明體作為彩色顯示器的白場標準，色溫為 6500K，色度坐標是 z = 0.313，y = 0.329。同時，考慮到彩色顯示器模擬顏色的主要目的是人眼視覺評估和研究，故應(yīng)使白平衡的最大亮度等于人眼視覺對白色的最高允許亮度主觀評價值，其值約為 88 cd/m2。,1、白場平衡調(diào)整,彩色顯示器的白場平衡調(diào)整過

28、程與彩色電視機有所不同，彩電是兩點調(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顏色電位器R、G、B，故只能進行一點調(diào)整，所以，這時需要選擇調(diào)整點的位置。 經(jīng)過大量的調(diào)整和測量試驗，認為在彩色顯示器的對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的三色緩沖寄存器dr 、dg、db均設(shè)置為255 時，調(diào)節(jié)三個顏色電位器，使顯示的白色達到D65標準值及人眼視覺對白色的最高允許亮度值。經(jīng)過這樣的調(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,彩色顯示器通過對其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。三個緩沖器均為

29、8位寄存器，每個緩沖器可有0255共256個離散值，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全部測定，所以，為了減少測量次數(shù)，有必要對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上空間各點色度特性互不相關(guān)。 這兩個假設(shè)條件保證三色電子槍的作用函數(shù)與時間變量無關(guān)，對應(yīng)定標數(shù)據(jù)在實際顯色操作中準確有效，顯示器屏幕上空間各點顏色可以分別編程控制，便于色塊的合理布局和組合，使計算機模擬色仿真的算法達到普遍適用的目的。,（2） 熒光粉色度特性的定標方法,對電子槍激發(fā)熒光粉的色度特性進行實際的定標只需測定在R

30、、G、B三個電子槍分別激勵下的輸出特性，具體地說，可按如下步驟實施： 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個單位量增值，即dR = 0，4，8，252。利用光譜光度計或彩色亮度計測出每個輸入值所對應(yīng)的在CRT上輸出顏色的CIE色度坐標(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 。這樣就得到了一個由64組值構(gòu)成的dR 與 (Rcol，Gcol，Bcol)之間一一對應(yīng)的搜索表。,R 電子槍激發(fā)熒光粉色度特性的定標曲線,（2） 熒光粉色度特

31、性的定標方法,第2步：令dR = 0和dB = 0，而使dG 從0開始按4個單位量增值至252。同樣測出每個輸入值對應(yīng)的CRT輸出顏色的色度坐標 (xG，yG)和亮度值YG并轉(zhuǎn)換成對應(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)系的定標數(shù)據(jù)及相應(yīng)曲線。 第3步：令dR= 0和dG= 0，而使dB = 0，4，8，252。測出對應(yīng)各組顏色的色度坐標 (xB，yB) 和亮度值YB，并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的Rcol、Gcol和Bcol。同樣得到dB與 (Bcol，Rcol，Gcol) 之間的關(guān)系定標數(shù)據(jù)表。,緩沖器輸入值與 CRT上

32、輸出的相對值關(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。對于G、B緩沖器輸入值dG 、dB與 CRT上輸出的相對值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三個信道最大輸出的色度和光亮度見下表。 R、G、B三個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三個信道最大輸出時的三刺激值,把各信道最大輸出時的三刺激值相加，即可計算顯示器白場的亮度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,對于這個特殊CRT彩色顯色器，三個信道具有相同的特點。 根據(jù)8個緩沖寄存器的輸入值與CRT上輸出的相對值，

34、采用最小二乘法可確定彩色顯色器3個特征參量為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,利用顯示器白場的三刺激值，相應(yīng)顏色的CIELAB坐標為 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)準備 為了在彩色顯示器上仿真具有特定光譜分布的實際反射樣品顏色，首先必須將從快速測色系統(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 表示標準光源的相對光譜功率分布，由于白場平衡基準采用D65，故P 也取為D65； 為實際樣品的光譜反射比。下標表示波長；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測定的色度坐標，分別記作紅粉的(xR，yR，zR)、綠粉的(xG，yG，zG)和藍粉的(xB，yB，zB)。當然，R、G、B熒光粉也各有一組對應(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，將其 X、Y、Z 和 F 表達式的值代入方程(7-20 )，并令R = G = B = 1進行歸一化，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為基準白，則將PAL制的R、G、B在CIEXYZ系統(tǒng)中的色度坐標 (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