第三节色度学基础知识一、光与彩色1.可见光及其特性光是一种客观存在的物质，光也是一种电磁波。电磁波的频谱范围很广，包括无线电波、·9·红外线、可见光线、紫外线、X射线、宇宙射线等，如图1.13所示。从图1.13中可以看出，可见光位于红外线与紫外线之间，波长在380～780nm（1nm=910m−）之间，不同波长的光波呈现出不同的颜色，波长由长到短分别引起人眼红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种色感。白色光是各种单色光的混合效应。太阳光通过玻璃棱镜后，可以分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫一系列的彩色光。2.物体的颜色物体可分为发光体与非发光体。发光体的颜色由它所发出的光谱所确定。非发光体所呈现的颜色，是指该物体在特定光源照射下，反射（或透射）的一定可见光谱成分作用于人眼而引起的视觉效果。也就是说对于非发光体，其颜色由主要由照射光源、物体的性质和人眼的彩色视觉特性来决定。例如，在阳光照射之下，红领巾呈红色，是因为红领巾反射了太阳光中的红色成分，而将其他成分全部吸收。彩色感觉不但与物体本身对光的反射和吸收特性有关，还与光源所含的光谱成分有关，因此同一物体在不同光源照射下呈现的彩色也有所不同。国际上曾规定了A、B、C、D、E5种标准白光源，其中A、B、C、D光源是实际存在的，E光源是一种假想的等能量光源，实际是不存在的。二、彩色三要素任一彩色光对人眼的视觉作用，都可用亮度、色调及色饱和度这三个参量来描述。这三个参量称为彩色三要素。1.亮度亮度——指彩色光作用于人眼时所引起的明暗程度的感觉。物体的亮度由照射光和反射光的强度决定。2.色调色调——指彩色光的颜色类别。例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，分别表示不同的色调。色调取决于彩色光的光谱成分。3.色饱和度色饱和度——指彩色光颜色的深浅程度。它与彩色光中含有的白光多少有关，饱和度越高则颜色越深，所含有的白光就越少，不掺入白光，色饱和度为100%；白光的饱和度为零。通常把色调和色饱和度合称为色度（F）。色度既说明彩色光颜色的类别，又说明了颜色的深浅程度。在彩色电视系统中，实质上是传输图像像素的亮度和色度信息。三、人眼的彩色视觉特性1.人眼的视觉特性人眼视网膜上的光敏细胞有两种，即杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞对亮度敏感，能感受弱光，但无色觉。锥状细胞又分红敏、绿敏和蓝敏细胞，在正常光照的作用下引起视觉，产生彩色感觉。人眼的亮度感觉与实际亮度不是同步的。人眼的这一视觉特性称为视觉惰性或视觉暂留，如图所示。视觉惰性的应用：1、在放映电影时，每秒钟换24幅。为了，采用每幅曝光两次的办法，使得每秒钟画面共出现48次，达到了临界闪烁频率，克服闪烁感。2、我国广播电视采用隔行扫描，规定场频fV=50HZ。图像才可以采用顺序制传送。即将一幅图像分解为若干个像素，传送图像时，不必将所有制得的像素同时传送，而只要快速地按顺序逐个传送像素就可以了。4.亮度特性对于同一波长的光，当光的辐射功率不同时，给人的亮度感觉也不同。辐射功率相同而波长不同的光，给人的亮度感觉也是不同的，这种不同，通常用相对视敏度曲线来表示，如图1.14所示。从图中可以看出，人眼对555nm波长的黄绿色光最敏感。四、三基色原理与混色1.三基色原理用三种不同颜色的单色光按一定的比例混合，可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫基色光，这三种颜色叫三基色。其主要内容是：①自然界中的大多数彩色，都可以用三基色按一定比例混合得到；反之任意一种彩色也都可以分解为三基色。②三基色必须是相互独立的彩色，即其中任意一种基色都不能由其他彩色混合产生。③三基色之间的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度。④混合色的亮度等于三基色亮度之和。在彩色电视中，选用红（R）、绿（G）、蓝（B）作为三基色。选用红（R）、绿（G）、蓝（B）作为三基色原因：1）人眼对红、绿、蓝三基色比较敏感；2）红、绿、蓝三基色彼此独立；3）红、蓝分布在可见光谱的两端，绿分布在可见光谱的中间，而由红、绿、蓝三基色混合而成的彩色较为丰富。根据三基色原理，我们只需把要传送的彩色分解成红（R）、绿（G）、蓝（B）三种基色，然后再将它们转换成三种电信号进行传送。在电视接收端，再将这三种电信号送至彩色显像管，经过混色的方法就能重现原来被传送的彩色图像了。彩色图像的发送与接收示意图2.混色法利用三基色按不同比例混合来获得彩色的方法，称为混色法。彩色混色方法有两种：①彩色光的混色（相加混色）②彩色颜料的混色（相减混色）（1）直接混色1）相加混色用等能量的红、绿、蓝三束单色光同时投射到白色屏幕上，屏幕上将出现一幅品字形的三基色圆图，如图所示。2）相减混色相减混色的三基色为黄、青、紫。在一张白纸上分别画黄、青、紫