彩色電視技術與維修實訓根據機械工業出版社同名教材何麗梅等編第1章色度學基礎知識第1章色度學基礎知識教學目標

了解光和色的基本知識，理解彩色三要素和色度的概念。

掌握三基色原理、混色法和人眼的視覺特性。第1章色度學基礎知識

1.1.1光和色由光學理論知道，光是一種以電磁波形式存在的物質，它的波長范圍大約在380～780nm（1nm＝10-9m）之間。由于這段電磁波的輻射能為人眼看得見，所以稱為可見光，習慣上簡稱為光。人眼對不同波長的光引起不同的顏色感覺，例如，波長為400nm左右和波長為700nm左右的光，給人以紫和紅的感覺。在可見光的范圍內，按波長的依次遞減，相應顏色排列為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色，把這些色光混合在一起就得到白光。1.1光和色的基本知識第1章色度學基礎知識電磁波譜圖1-1第1章色度學基礎知識

把一束光（太陽光）斜射到玻璃棱鏡上，通過棱鏡折射后，可將其分解為波長由長到短排列的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色彩帶，如圖1－2所示。這種現象也表明了白光不是單色光，而是由七色光合成的。光和色本質上是一回事，色是光的一種形式，色既是客觀物質，又是人眼對客觀物質的視覺反映，色覺是視覺的一種特性。1.1光和色的基本知識第1章色度學基礎知識圖1-2太陽光的分解第1章色度學基礎知識1.1.2彩色三要素

亮度、色調和色飽和度稱為彩色三要素。任何一種彩色對人眼引起的視覺作用，都可以用彩色三要素來描述。

1)亮度:亮度是指人眼所感覺的彩色的明暗程度，亮度取決于光線的強弱。另外，亮度與波長的長短有關，強度相同但波長不同的光給人眼的亮度感覺也是不同的，生活中觀察15W的綠色燈泡發出的光比15W的紅色燈泡亮，15W的紅色燈泡比15W的藍色燈泡亮，就是這個道理。1.1光和色的基本知識第1章色度學基礎知識1.1光和色的基本知識

2)色調:色調是指彩色的顏色類別，如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫分別表示不同的色調。色調取決于彩色的光譜成分，不同波長的光具有不同的色調。第1章色度學基礎知識

3)色飽和度:色飽和度是指彩色的深淺程度。同一色調的彩色，其色飽和度越高，顏色越深。色飽和度與彩色中所摻入的白光比例有關，摻入的白光越多，色光越淺，色飽和度越低。色飽和度用百分數表示，如某色光中若摻入一半的白光，則色飽和度為50%，未摻入白光的純色光，其色飽和度為100%。白光的色飽和度為0。色調和色飽和度統稱為色度。彩色電視系統不僅像黑白電視系統那樣能夠傳送景物的亮度信息，還要傳送景物的色度信息。1.1光和色的基本知識第1章色度學基礎知識1.2三基色原理和混色法

1.2.l三基色原理

實驗證明，將紅、綠、藍三種色光投射到一個白色的屏幕上，調節三種色光的不同比例，幾乎可以混合出自然界所有的彩色。用來混色的三種單色光稱為基色。用三基色可以混合成其他彩色的原理稱三基色原理。在電視技術中，以紅（R）、綠（G）、藍(B)為三基色，紅光的波長取700nm，綠光的波長取546.1nm，藍光的波長取435.8nm。第1章色度學基礎知識1.2三基色原理和混色法

三基色原理的主要內容有：

1)自然界的所有彩色幾乎都可用三種基色按一定的比例混合而成；反之，任何彩色也可分解為比例不同的三種基色；

2)三種基色必須是相互獨立的，即任一基色不能由另外兩種基色混合而成；

3)用三基色混合成的彩色，其色調和色飽和度皆由三基色的比例決定；

4)混合色的亮度等于參與混色的基色的亮度的總和。第1章色度學基礎知識1.2.2混色法

彩色電視重現景物的彩色，通常是靠彩色顯像管熒光屏上的三種熒光粉在電子束轟擊下發出各自的基色光而完成的，即它們分別發出紅、綠、藍三種基色光，并混合成彩色圖像，這三種基色稱為顯像三基色。第1章色度學基礎知識

利用三基色按不同的比例混合來獲得彩色的方法稱為混色法。彩色顯像管之所以能夠顯示出各種各樣的豐富多彩的彩色是利用了三基色的混色原理。彩色顯像管中的熒光粉粒本身是發光體，它的混色規律是遵從相加混色法，即以彩色光的互相疊加來實現混色產生另一種新的彩色光。相加混色法的混色規律可用圖1-3表示，由圖可見，以等量的紅、綠、藍三基色光進行相加混色效果如下：紅色十綠色=黃色；綠色十藍色=青色；藍色十紅色=紫色；紅色十綠色十藍色=白色。第1章色度學基礎知識1.2.2混色法圖1-3相加混色第1章色度學基礎知識1.2.3人眼的視覺特性

1.視覺靈敏度人眼在明亮的環境下，不但可以看清物體的形狀，而且還能辨別物體的顏色。在昏暗的環境下卻只能分辨物體的形狀、輪廓而不能分辨物體的顏色。這是由于在人眼視網膜上有兩種不同的光敏細胞：桿狀細胞和錐狀細胞。桿狀細胞感光靈敏度較高，在光線較暗的條件下起作用，可以識別物體的形狀和輪廓，但無法清楚地識別物體顏色。另一種稱為錐狀細胞，它們的感光靈敏度較低，只有在光線明亮的條件下才起作用，但它們具有辨別顏色的能力。根據實驗證明：錐狀細胞有三種，分別對紅、綠、藍三種波長的光敏感。第1章色度學基礎知識

錐狀細胞對可見光的敏感度曲線如圖1-4所示。由圖可知，三條曲線的最大值分別在580nm（紅）、540nm（綠）與440nm（藍）的光譜區域內。以上分析說明了視網膜兩種光敏細胞分別有辨形和辨色功能，它們對光的敏感度不同。第1章色度學基礎知識圖1-4三基色相加混色的光敏曲線第1章色度學基礎知識

實驗還證實當三種色覺細胞同時接受紅、綠、藍三種光激發時，人將產生白色的色覺，即人眼的三種細胞也有混色效應，也就是所謂的生理相加混色法。改變三種基色的強度，混色結果的明亮程度將發生變化，在圖1-4中三種色敏曲線的合成曲線是人眼視覺的亮度曲線。實驗還得到如下結論：用強度相同的紅、綠、藍基色光混色產生100%的白光時,綠光(G)產生的強度占59%，紅光(R)產生的強度占30%，藍光(B)產生的光強度占11%，用數學公式可表示為

Y＝0.30R＋0.59G＋0.11B第1章色度學基礎知識

根據以上分析可以得到兩條重要的結論：一是復合光的亮度等于各光分量的亮度之和，二是人眼所看到的彩色光是不同光譜成份作用于眼睛的綜合效果，不同波長的光會引起不同的彩色感覺，幾種不同波長光譜成份的光混合后，可以得到與某一單一波長的光相同的彩色感覺。也就是說，眼睛只能有彩色的感覺，而不能區別刺激它的光譜成份。這樣在彩色電視傳送與重現彩色時，只要求重現原景物的彩色感，不要求恢復原來的光譜。并不必考慮所重現的彩色光譜成份與原景物彩色的光譜成份是否相同。第1章色度學基礎知識2.視覺對彩色圖案的分辨力由于人眼錐狀細胞比桿狀細胞少得多，因此人眼的辨色能力相對來說是比較差的，人眼對彩色圖像細節分辨能力比對黑白圖像細節分辨能力低。這種辨色的局限性表現于兩方面，一方面是在光線較暗的環境中人眼不能辨色，看到的只是黑白圖像。另一方面，人眼對彩色圖像細節的分辨力較差。如果彩色圖像之間的距離小于一定尺寸，將看不出各細節有顏色的差別。人們看單色（全紅或全黃等）圖像時，總覺得不如看黑白圖像輪廓鮮明。第1章色度學基礎知識

眼睛的這兩點辨色特性很重要，第一點說明制作彩色電視時要有足夠的亮度，第二點說明彩色圖像細節傳送與否影響不大。彩色電視機是為人類服務的。因此，人眼的視覺特性是決定彩色電視機的基本組成的關鍵。在黑白電視理論中，基于人眼對黑白圖像(即亮度)的分辨能力，確定了電視機水平與垂直分辨力的標準，將視頻信號的帶寬確定為6MHz。第1章色度學基礎知識

由于人眼的辨色能力差，因此，相對亮度信號來說，傳送彩色信號時，對清晰度要求較低。當傳送的彩色信號頻率較高(大于1.5MHz)，彩色電視接收機熒光屏上重現的色點直徑很小時，人眼已不能分辨其是否有彩色。

第1章色度學基礎知識

人眼的這一特性使彩色電視技術把彩色信息的傳送壓縮到0～1.5MHz的范圍以內，因此對所需電視技術要求相對降低了許多。若用1MHz的頻帶寬度傳送色度信號，統計數據表明有88%正常視力的人對其圖像已認為滿意，這就是說他們感覺不出其與實際圖像色彩有什么區別；而當用1.3MHz頻帶寬度傳送時，幾乎所有參加評審的人對呈現的畫面色彩都感到滿意。試驗結果表明：傳送色度信號的頻帶寬度只需1.3MHz就能滿足人們收視彩色電視的要求。第1章色度學基礎知識3.視覺暫留現象人眼觀看某一個光點或某一幅圖像時，當這個光點或圖像消失后，人眼的感覺并不會立即消失，而是會保留一段時間，然后才逐漸消失。這種現象稱作視覺暫留特性，又稱作視覺惰性。人眼的視覺暫留時間為0.1s左右。如果連續顯示動作區別不大的畫面，兩幅靜止的圖像出現的時間間隔小于0.1s，就可以使人看到連續活動的畫面。這與電影顯示活動圖像的原理是一樣的。人眼的這一特性與電視接收機場頻、行頻數值的設定有直接關系。第1章色度學基礎知識思考與練習1.彩色的三要素是什么？它們各由什么決定？亮度、色調和色飽和度稱為彩色三要素。亮度取決于光線的強弱。另外，亮度與波長的長短有關，強度相同但波長不同的光給人眼的亮度感覺也不同。色調取決于彩色的光譜成分，不同波長的光具有不同的色調。色飽和度與彩色中所摻入的白光比例有關，摻入的白光越多，色光越淺，色飽和度越低。第1章色度學基礎知識2.三基色原理的主要內容是什么？彩色電視以哪三種色為基色？三基色的補色是什么？三基色原理的主要內容有：

1)自然界的所有彩色幾乎都可用三種基色按一定的比例混合而成；反之，任何彩色也可分解為比例不同的三種基色；

2)三種基色必須是相互獨立的，即任一基色不能由另外兩種基色混合而成；

3)用三基色混合成的彩色，其色調和色飽和度皆由三基色的比例決定；

4)混合色的亮度等于參與混色的基色的亮度的總和。紅、綠、藍三種基色光稱為顯像三基色。黃色，品紅，青色，這三種顏色稱為紅、綠、藍三基色的補色。第1章色度學基礎知識3.什么是直接混色法、空間混色法、時間混色法？

將紅、綠、藍色的顏料以不同的份量混合成各種各樣的色彩稱為直接混色法。例如彩色噴墨打印機的彩色墨盒就是由幾種純凈單一顏色組成，常見的三色墨盒打印機通常就是采用性質比較穩定的青色、紅紫色、黃色來混合不同的顏色。空間混色法：將三基色同時投射到彼此距離很近的點上，利用人眼分辨力有限的特性而產生混色，或者使用空間坐標相同的三基色光的同時投射產生合成光，這是同時制彩色電視圖象的顯示基礎。時間混色法：將三基色按一定比例輪流投射到同一屏幕上，由于人眼的視覺惰性，只要交替速度足夠快，產生的彩色視覺與三基色直接相混時一樣。這是順序制彩色電視圖象顯示的基礎。第1章色度學基礎知識

4.人的視覺特性有哪些？彩色圖像大面積著色的依據是什么？

人的視覺特性：人眼在明亮的環境下，不但可以看清物體的形狀，而且還能辨別物體的顏色。在昏暗的環境下卻只能分辨物體的形狀、輪廓而不能分辨物體的顏色。由于人眼錐狀細胞比桿狀細胞少得多，因此人眼的辨色能力相對來說是比較差的，人眼對彩色圖像細節分辨能力比對黑白圖像細節分辨能力低。人眼觀看某一個光點或某一幅圖像時，當這個光點或圖像消失后，人眼的感覺并不會立即消失，而是會保留一段時間，然后才逐漸消失。這種現象稱作視覺暫留特性，又稱作視覺惰性。第1章色度學基礎知識

彩色圖像大面積著色的依據：人眼辨色的局限性表現于兩方面：一方面是在光線較暗的環境中人眼不能辨色，看到的只是黑白圖像。另一方面，人眼對彩色圖像細節的分辨力較差，如果彩色圖像之間的距離小于一定尺寸，將看不出各細節有顏色的差別。眼睛的這兩點辨色特性很重要，第一點說明制作彩色電視時要有足夠的亮度，第二點說明彩色圖像細節傳送與否影響不大。因而，當重現彩色圖像時，對著色面積較大的各種顏色，全部顯示其色度可以豐富圖像內容，而對彩色的細節部分，彩色電視可不必顯示出色度的區別，因為人眼已不能辨認它們之間的色度的區別了，只能感覺到它們之間的亮度不同。這就是大面積著色原理的依據。第1章色度學基礎知識

5.選擇題（1）彩色電視圖像的色調指的是(c)。a．色飽和度b．顏色的深淺c.主色波長d．摻入白光的多少（2）當三基色信號的強度R=G=B相等時，屏幕呈現的顏色為(d)。a．紅色b．綠色c.藍色d．白色（3）白色光的色飽和度為(d)。a．100%b．50%c