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第三章 彩色电视基础 3.1 色度学基本知识 3.2 彩色图像的分解与重现 复习思考题 3.1 色度学基本知识 3.1.1 光 与 色 一、 可见光的光谱特性 可见光是一种频率很高的电磁波，其波长范围是380~780 nm。不同的波长产生不同颜色的光，例如，波长为700nm的光波引起人眼红色的感觉，波长为500nm的光波引起绿色的感觉，随着波长从长到短变化，呈现的色光依次为红、 橙、 黄、 绿、 青、 蓝、 紫。电磁波波谱及可见光的波长如图3-1(a)、 (b)所示。 由光的色散特性可知，由于三棱镜对不同波长的折射率不同，太阳光通过三棱镜折射后将依次呈现从红到紫的连续彩色光谱带。通常，把每一种单色光呈现的色调称为谱色，两种或两种以上的单色光聚合，产生复合光，复合光呈现的混合色称为非谱色。 二、 光源与物体的颜色 色是人眼对不同光谱分布的主观反映，物体呈现的颜色，不仅取决于物体本身反射或透射某种光谱的属性，同时也取决于光源的特性。当白色光照射不发光、 不透明的物体时，一部分光波被吸收，一部分光波被反射或透射，由于反射光或透射光的光谱与入射光不同，因此物体呈现出一定的颜色。 例如太阳光照在绿叶上，日光中其余波谱成分全部被吸收，只反射绿色光，因而绿叶呈绿色。当太阳光照射红色的滤色片时，由于滤色片吸收其它色谱而只能让红色通过，因此红色滤色片呈红色。 照射光源不同，同一物体会使人眼感受到不同颜色，即物体所呈现的彩色与光源有关。这是因为各种光源所含的光谱不同，随波长不同有不同的辐射能量，因此在不同光源照射下，同一物体会引起不同的彩色感。如白色光照射绿色物体呈现绿色，而红光照射绿色物体呈暗黑色。即使同为白光源的白炽灯、 日光灯、 太阳光，它们也都呈现不同的颜色，如白炽灯呈黄红色、 日光灯呈白蓝色等。 国际上规定了A、B、C、 D65、 E五种标准白光源，它们有各自不同的光谱特性。A光源代表钨丝灯在温度为2800K时发出的光，其光谱能量集中在红光区，故A光源发黄红色的光 B光源接近于正午直射的阳光，将A 光源通过滤色镜可以得到B光源 C光源相当于白天的自然光，含蓝色较多，也可通过特殊滤色片由A光源获得，它被用作NTSC制彩色电视的标准白光源，称为C白 D65光源是模拟直射阳光与天空散射光混合的白光，它可以由彩色显像管中三种彩色光混合得到，用作PAL制彩色电视的标准白光源 E光源为假想的等能量白光，就是当可见光谱范围内所有波长的光都具有相同的辐射能量时所产生的一种白光，是为简化计算而假设的。 三、 人眼的视觉特性 根据三基色学说，眼睛视网膜上存在许多视觉细胞，这些视觉细胞可分成两类: 一类是杆状细胞,约一亿三千万个，它们感光灵敏度较高，但对彩色却不敏感，在低照度时主要靠它辨别明暗 另一类是锥状细胞，约七百万个，集中在视网膜，具有辨色能力(辨别光波波长)，但感光灵敏度较差，仅在光照较强时才起作用。锥状细胞又分为红敏、 绿敏、 蓝敏三种色敏细胞，当它们接受某种光源的辐射能量刺激后，根据三种刺激量的比例关系不同，就使人产生了不同的色感。 第一章中曾讨论过，人眼对黑白图像细节分辨能力是有限的。而人眼对彩色细节的分辨能力更差，例如，将红、 绿两个光源做得非常微小，人眼便在一定距离外分辨不出是两个单色光源，而被感觉成为一个黄色光源。彩色显像管正是利用了人眼的这种空间混色效应。另外，由于人眼彩色分辨力差，在彩色电视系统中不必传送彩色细节。 光波引起视觉的明暗感觉程度，不仅与光波的辐射功率有关，而且与人眼的主观感觉有关。当各种波长的光波辐射功率相同时，人眼对各波长的光波的主观亮度感觉特性如图3-2所示。由图可知，在人眼有亮感的范围内，对不同波长的崐光波视觉灵敏度是不同的。对λ=550 nm的光波，亮度感觉最灵敏。V(λ) 表示相对此最大值而言的相对视敏度。 四、亮度、色调和饱和度 亮度、色调和饱和度称为彩色三要素，由这三个参量可以确切地表示任何一种彩色光。 色调表示彩色的种类，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色，它取决于彩色的主色波长，改变色光的光谱成分就会引起色调的改变，它是彩色最基本的特性。 色饱和度是指彩色的纯度，即掺入白光的程度，或指颜色的深浅程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越高则颜色越深或者说越纯。比如，当红色加进白光之后，虽基本色调还是红色，但色饱和度降低，成为浅红色。掺入白光越多其饱和度越低。 通常把色调与色饱和度通称为色度。 亮度是指彩色光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉，它与光的强度有关，对于同一物体，丈涞墓庠角 反射光也越强，则越亮 对于不同的物体，在相同照射下，反射越强者越亮。此外亮度感还与人眼光谱响应特性有关，所以不同彩