【正文】 思考題和習(xí)題 ? 1. 填空題 ? (1) 波長(zhǎng)在 _____nm范圍內(nèi)的電磁波能夠使人眼產(chǎn)生顏色感覺 ， 稱為 _____。 ? 表 12 顯像三基色和標(biāo)準(zhǔn)白光的色度坐標(biāo) ? ? 2. 亮度公式 ? 由顯像三基色和標(biāo)準(zhǔn)白光的色度坐標(biāo)經(jīng)線性矩陣變換可導(dǎo)出 NTSC制中顯像三基色 Re Ge Be1和 X、 Y、 Z之間的關(guān)系式為 ? X=++ ? Y=++ ? Z=++ ? ? 式中 ， Y代表彩色的亮度 ， 由顯像三基色配出的任意彩色光的亮度為 ? Y=++ （ 19） ? 通常簡(jiǎn)化為 ? Y=++ （ 110） ? 式 （ 110） 稱為亮度公式 。 ? ? 不同彩色電視制式所選用的顯像三基色是不同的 ， 選用標(biāo)準(zhǔn)白光也不一樣 。 ? ? 顯像三基色和亮度公式 ? 1. 顯像三基色 ? 彩色電視重現(xiàn)圖像是靠彩色顯像管屏幕上三種熒光粉在電子束轟擊下發(fā)出紅 、 綠 、 藍(lán)三種基色光混合而得到的 ， 這三種基色稱為顯像三基色 。 三角形外的彩色不能由此三基色混合得到 。 合成光的點(diǎn)離該兩點(diǎn)的距離與這兩種彩色在合成光中的強(qiáng)度成反比 。 該線上所有的點(diǎn)都對(duì)應(yīng)同一色調(diào)的彩色 ， 線上的點(diǎn)離 E白點(diǎn)越近 ， 該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彩色的飽和度就越小 。 舌形曲線下面不是閉合的 ， 用直線連接起來 ， 則自然界中所有實(shí)際彩色都包含在這封閉的曲線之內(nèi) 。 ? 圖 18 標(biāo)準(zhǔn)色度圖和顯象三基色 y0 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 90 . 1 0 . 3 0 . 5 0 . 7 0 . 9 x700600620590570550530520510505500490470440E白? ? 在 xy色度圖中所有光譜色都在所示的舌形曲線上 。 由式 (16)可知 x + y + z=1 (17) 式 (17)表明 ， 當(dāng)某一彩色量 F的相對(duì)色度系數(shù) x、 y已知時(shí) ， 則 z也為已知 ， 即 z是一個(gè)非獨(dú)立的參量 。 ? 色度是由三色系數(shù) X、 Y、 Z的相對(duì)值確定的 ， 與 X、 Y、 Z的絕對(duì)值無關(guān) ， 如果僅考慮色度值時(shí) ， 可以用三色系數(shù)的相對(duì)值表示 。 在 XYZ計(jì)色制中標(biāo)準(zhǔn)三色系數(shù)均為正數(shù) ， 系數(shù) Y的數(shù)值等于合成彩色光的全部亮度 ， 系數(shù) X、 Z不包含亮度 , 合成彩色光色度仍由 X、 Y、 Z的比值決定 。 ? ? 配成標(biāo)準(zhǔn)白光 E白所需紅 、 綠 、 藍(lán)三基色的光通量比為1∶ ∶ , 為了簡(jiǎn)化計(jì)算 ， 規(guī)定紅基色光單位量的光通量為 1 lm， 綠基色光和藍(lán)基色光單位量的光通量分別為 lm和 lm。 R、 G、 B的比例關(guān)系確定了所配彩色光的色度 (含色調(diào)和飽和度 )， R、 G、 B數(shù)值確定了所配彩色光的光通量 （ 亮度 ） 。 記下三基色調(diào)節(jié)器上的光通量讀數(shù) ， 便可寫出配色方程 － F＝ R(R)+G(G)+B(B) （ 13） ? ? 式中 ， F為任意一個(gè)彩色光 ， (R)、 (G)、 (B)為三基色單位量 ， R、 G、 B為三色分布系數(shù) 。 實(shí)驗(yàn)裝置是由兩塊互成直角的理想白板將觀察者的視場(chǎng)一分為二 ， 在一塊白板上投射待配色 ， 另一塊白板上投射三基色 。 時(shí)間混色法是順序制彩色電視的基礎(chǔ) 。 空間混色法是同時(shí)制彩色電視的基礎(chǔ) 。 ? 在彩色電視技術(shù)中 ， 常用兩種相加混色法 。 ? 紅色 +青色 =白色 ? 綠色 +紫色 =白色 ? 藍(lán)色 +黃色 =白色 ? ? 當(dāng)兩種顏色混合得到白色時(shí) ， 這兩種顏色稱為互補(bǔ)色 。 將三束等強(qiáng)度的紅、 綠、 藍(lán)圓形單色光同時(shí)投射到白色屏幕上， 會(huì)出現(xiàn)三基色的圓圖，其混合規(guī)律如圖所示。 ?三基色原理 是彩色電視技術(shù)的基礎(chǔ)， 攝像機(jī)把圖像分解成三基色信號(hào)， 電視機(jī)又用三基色信號(hào)還原出原圖像的色彩。 在彩色電視中， 選用了紅、 綠、 藍(lán)作為三基色， 分別用 R、 G、 B來表示。 混合色的色調(diào)和飽和度由三基色的混合比例決定 （ 調(diào)色 ） ， 混合色的亮度等于三種基色亮度之和 （ 效果 ） 。 具有這種特性的三個(gè)單色光叫基色光 ， 這三種顏色叫三基色 。 – 彩色圖像的重現(xiàn)： ? 根據(jù)人眼的視覺特性 ， 在電視機(jī)中重現(xiàn)圖像時(shí)并不要求完全重現(xiàn)原景物反射或透射光的光譜成分 ， 而應(yīng)獲得與原景物相同的彩色感覺 。如果令 P點(diǎn)到紅、綠、藍(lán)三頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三邊的距離分別為 r、 g、b，則 r、 g、 b就是 P點(diǎn)所代表彩色的色度坐標(biāo)，表 2－ 3列出了紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、品紅、 E白的色度坐標(biāo)值，由這些色度坐標(biāo)值就可以確定它們?cè)邴溈怂鬼f顏色三角形中的位置 。 ? 附錄：相減混色規(guī)律 黃＝白－藍(lán) 黃＋品紅＝白－藍(lán)－綠＝紅 青＝白－紅 黃＋青＝白－藍(lán)－紅＝綠 品紅＝白－綠 品紅＋青＝白－綠－紅＝藍(lán) 黃＋青＋品紅＝白－藍(lán)－紅－綠＝黑色 ? 麥克斯韋計(jì)色三角形 麥克斯韋（ ）首先用等邊三角形簡(jiǎn)單而直觀地表示顏色的色度，這個(gè)三角形稱為 Maxwell顏色三角形，如下頁(yè)圖所示。 紅與青互為補(bǔ)色， 綠與紫互為補(bǔ)色， 藍(lán)與黃互為補(bǔ)色。 ? 3 相加混色規(guī)律 黃 青 紅 綠 藍(lán) 品紅 白 相加混色圓圖 紅色 +綠色 =黃色 綠色 +藍(lán)色 =青色 藍(lán)色 +紅色 =紫色 紅色 +綠色 +藍(lán)色 =白色 適當(dāng)改變?nèi)獾膹?qiáng)度， 可以得到自然界中常見的彩色光。 生理混色法 ： 當(dāng)兩只眼睛同時(shí)分別觀看不同的顏色，也會(huì)產(chǎn)生混色效應(yīng)。 時(shí)間混色法 ： 將三種不同的基色以足夠快的速度輪流投射到某一平面，因?yàn)槿搜鄣囊曈X惰性，分辨不出三種基色，而只能看 到它們的混合色。 ? 2 相加混色的實(shí)現(xiàn)方法 空間混色法 ： 將三種基色分別投射到同一表面上相鄰的三 點(diǎn)， 只要這些點(diǎn)足夠的近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨出這三種基色，而只能感覺到它們的混合色。它們采用了顏色料，白光照射在顏色料上后，光譜的某些部分使被吸收，而其他部分被反向或透射，從而表現(xiàn)出某種顏色。相加混色是各分色的光譜成分相加，彩色電視就是利用紅、綠、藍(lán)三基色相加產(chǎn)生各種不同的彩色。 ? 1 混色規(guī)律 不同顏色混合在一起，能產(chǎn)生新的顏色，這種方法稱為混色法。 在彩色電視中， 選用了紅、 綠、 藍(lán)作為三基色， 分別用 R、 G、 B來表示。 混合色的色調(diào)和飽和度由三基色的混合比例決定， 混合色的亮度等于三種基色亮度之和。 混 合色的亮度等于構(gòu)成該混合色的各個(gè)基色的亮度之和。 三個(gè)基色的混合比例，決定了混合色的色調(diào)和飽和度。即其中任一種基色都不能由另外兩種基色混合而得到。 因此仿效人眼三種錐狀細(xì)胞， 可以任選三種基色， 將它們按不同比例進(jìn)行組合， 可得到自然界中絕大多數(shù)的彩色。 國(guó)際照明委員會(huì) (CIE)選定了紅基色的波長(zhǎng)為 700 nm， 綠基色的波長(zhǎng)為 nm， 藍(lán)基色的波長(zhǎng)為 nm。 混合色的色調(diào)和飽和度由三基色的混合比例決定， 混合色的亮度等于三種基色亮度之和。 色飽和度和色調(diào)合稱為 色度 ， 它表示彩色的種類和彩色的深淺程度 。 飽和度低于 100%的彩色稱為非飽和色 ， 日常生活中所見到的大多數(shù)彩色 是非飽和色 。 飽和度最高稱為純色或飽和色 。 飽和度與彩色光中的白光比例有關(guān) ， 白光比例越大 ， 飽和度越低 。 色調(diào) ? 反映彩色光的深淺程度 。 對(duì)于一定的物體， 照射光越強(qiáng)， 物體越明亮， 反之越暗 . ? 反映彩色的類別 ， 例如：紅 、 橙 、 黃 、 綠 、 青 、 藍(lán) 、 紫等不同顏色 。 不發(fā)光物體的亮度取決于它反射光功率的大小。 亮度 反映光的明亮程度。 ? 三、 色 度 學(xué) 1. 彩色三要素 定義： 亮度、 色調(diào)和飽和度 被稱為 彩色三要素。 人眼的臨界閃爍頻率約為 46 Hz。 臨界閃爍頻率與很多因素有關(guān) ， 其中最重要的是光脈沖亮度 ， 隨著光脈沖亮度的提高 ， 臨界閃爍頻率也會(huì)提高 。 ? 表 11 人眼對(duì)各種顏色細(xì)節(jié)的相對(duì)分辨力 ? 人眼受到頻率較低的周期性的光脈沖刺激時(shí) , 會(huì)感到一亮一暗的 閃爍現(xiàn)象 ， 如果將重復(fù)頻率提高到某個(gè)定值以上 ， 由于視覺惰性 ， 眼睛就感覺不到閃爍了 。 如果眼睛對(duì)黑白細(xì)節(jié)的分辨力定義為 100%， 則實(shí)驗(yàn)測(cè)得人眼對(duì)各種顏色細(xì)節(jié)的相對(duì)分辨力用百分?jǐn)?shù)表示如表 11所示 。 ? ? 人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨力比對(duì)黑白細(xì)節(jié)的分辨力要低 ， 例如 ， 黑白相間的等寬條子 ， 相隔一定距離觀看時(shí) ， 剛能分辨出黑白差別 ， 如果用紅綠相間的同等寬度條子替換它們 ， 此時(shí)人眼已分辨不出紅綠之間的差別 ， 而是一片黃色 。 此外 ， 細(xì)節(jié)對(duì)比度愈小 ， 也愈不易分辨 ， 會(huì)造成分辨力降低 。 分辨力在很大程度上取決于景物細(xì)節(jié)的亮度和對(duì)比度 ， 當(dāng)亮度很低時(shí) ， 視力很差 ， 這是因?yàn)榱炼鹊蜁r(shí)錐狀細(xì)胞不起作用 。 3 分辨力 ? L?d圖 14 人眼進(jìn)行分辨力測(cè)試的方法 ? 分辨力的定義是： 眼睛對(duì)被觀察物上相鄰兩點(diǎn)之間能分辨的最小距離所對(duì)應(yīng)的視角 θ的倒數(shù) ， 即 分辨力 = 1?（ 11） 如圖 14所示 ， 用 L表示眼睛與圖像之間的距離 ， d 表示能分辨的兩點(diǎn)間最小距離 ， 則有： 2360 603438 ( )dLdL???????（ 12） ? ? 人眼的最小視角取決于相鄰兩個(gè)視敏細(xì)胞之間的距離 。 ? 分辨力是指人眼在觀看景物時(shí)對(duì)細(xì)節(jié)的分辨能力 。 ? 不同波長(zhǎng)的光對(duì)三種細(xì)胞的刺激量是不同的 ， 產(chǎn)生的彩色視覺各異 ， 人眼因此能分辨出五光十色的顏色 。 三條曲線是部分交叉重疊的 ， 很多單色光同時(shí)處于兩條曲線之下 ， 例如600 nm的單色黃光就處在 VR（ λ） 、 VG（ λ） 曲線之下 ， 所以 600 nm的單色黃光既激勵(lì)了紅敏細(xì)胞 ， 又激勵(lì)了綠敏細(xì)胞 ， 可引起混合的感覺 。 圖中 VB（ λ） 曲線幅度很低 ， 已將其放大了 20倍 。 關(guān)于彩色視覺 ， 科學(xué)家曾做過大量實(shí)驗(yàn)并提出視覺三色原理的假設(shè) ， 認(rèn)為錐狀細(xì)胞又可分成三類 ， 分別稱為紅敏細(xì)胞 、 綠敏細(xì)胞 、 藍(lán)敏細(xì)胞 。 ? 人眼視網(wǎng)膜上有大量的光敏細(xì)胞 ， 按形狀分為 桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞 ， 桿狀細(xì)胞靈敏度 很高 ， 但對(duì)彩色不敏感 ， 人的夜間視覺主要靠它起作用 ， 因此 ， 在暗處只能看到黑白形象而無法辨別顏色 。 在 555 nm兩側(cè) ， 隨著波長(zhǎng)的增加或減少 ， 亮度感覺逐漸降低 。 圖中曲線表明具有相等輻射能量 、 不同波長(zhǎng)的光作用于人眼時(shí) ， 引起的亮度感覺是不一樣的 。 400 500 600 700波長(zhǎng) / n m相對(duì)視敏度V ( ? )0 . 80 . 60 . 40 . 201 . 0VG( ? )20 VB( ? )VR( ? )? 人眼的靈敏度因人而異 ， 同一個(gè)人