演示文稿仙林1.ppt

1 1光的特性1 1 1电磁辐射与可见光谱一 光是一种电磁波可见光谱 380 nm 780 nm 广播电视 380 nm 780 nm 红外电视紫外电视 二 色感 1 不同波长的光给人以不同颜色的感觉大致关系 380 430紫430 460蓝460 490青490 570绿570 590黄590 620橙620 780红 白光 三 物体的色感 不透明物体 在特定光源的照射下 反射光色透明物体 在特定光源的照射下 透射光色物体的色感是主观 人眼 和客观 物体 光源 的综合效果 白炽灯 日光灯 相对光谱功率分布 波长 日光灯 相对光谱功率分布示意图 白炽灯 相对功率波谱 1 1 2光源 一 光源 发光的物体 的种类 各种自然光源 各种人造光源 二 光源的光谱功率分布 光源幅射功率随波长的分布 相对光谱功率分布 1 完全辐射体 绝对黑体 吸收系数 1 加热时幅射连续光谱 且光谱分布只与温度有关 2 色温定义 当绝对黑体在某一特定的绝对温度下 其幅射的光谱与光源的光谱具有相同的特性 则绝对黑体的温度就定义为该光源的色温 3 相关色温定义 当绝对黑体在某一特定的绝对温度下 其幅射的光谱与光源的光谱具有相近的特性 则绝对黑体的温度就定义为该光源的相关 1 1 2光源 三 光源的色温 表征光源光谱分布的参量 四 标准光源和标准照明体 1 标准光源 A光源色温为2854K光色呈橙红色 C光源相关色温为6774K E光源 E白 色温为5500K假想的等能白光 四 标准照明体和标准光源 1 标准照明体 照明体 入射在物体上的一个特定的相对光谱功率分布 标准照明体A 色温为2854K 标准照明体C 相关色温为6774K 相当于白天自然光 称C白标准照明体D65 相关色温为6504K 相当于白天平均光 称D65白标准照明体D55 相关色温为5303K标准照明体D75 相关色温为7504K 1 2 人眼的视觉特性1 2 1眼睛的构造1 2 2光的度量 一 视觉的光谱光效率曲线 二 光学的度量单位 注 人眼的视觉光谱光效率曲线是设计摄像机光谱光效率曲线的依据 相对光谱光视效率曲线 光谱光视效能 光谱光视效率 辐射功率 一 视觉的光谱光视效率曲线 二 光学的度量单位 1 光通量 按人眼光感觉来度量光的幅射功率 为光源的幅射功率 当单位为 瓦 时 K 683Lm w 2 光强度 光源在单位立体角内发出的光通量 其单位为坎 德拉 用cd表示 3 亮度 发光面的明亮程度 其单位为cd m24 照度 被照射表面的光通量 其单位为勒 克斯 用Lm m2示 光敏细胞 杆壮细胞 灵敏度高 但不能颜色锥壮细胞 灵敏度底 但能感颜色红敏细胞 锥壮细胞绿敏细胞 蓝敏细胞 1 2 3亮度 彩色与立体视觉一 明暗视觉二彩色视觉 1 三敏细胞所感受光通量的比例决定光的色感 2 三敏细胞所感受光通量的总和决定光的亮感 格拉斯曼定律 彩色的三要素亮度 明度 光的明亮程度 如白 灰等 色调 颜色的种类 如红 绿等 饱和度 纯度 颜色的深浅程度 如深红 浅红等 色调和饱和度统称色度 1 2 4眼睛的视觉范围与视亮度一 视觉范围视觉范围是指人眼所能感觉到的亮度范围 约从百分之几cd m2 几百万cd m2 cd m2 坎德拉 平方米亮度单位 环境平均亮度为1000cd m2 Lmax Lmin 1000 1环境平均亮度为30cd m2 Lmax Lmin 10 1对比度 C Lmax Lmin 1 2 4眼睛的视觉范围与视亮度二 视亮度 人眼的亮度感觉 主观亮度 几点重要的结论 1 人眼察觉亮度变化的能力是有限的 2 视亮度 主观亮度 和亮度 主观亮度 的对数成正比 3 人眼的亮 暗感觉是相对的 4 视觉掩盖效应 韦勃 费赫涅耳定侓 A点客观亮度对处于环境亮度为A的人来说 为灰 对处于环境亮度为B的人来说 为黑 对处于环境亮度为C的人来说 为白 人眼的亮暗感觉是相对的 L1 L2 L1 L2 保持亮度差不变 结论 1 亮度有宊变的区域 存在遮盖效应2 越靠进亮度有宊变的区域 遮盖效应越强3 亮度变化越剧烈 遮盖效应越强 一 黑白细节的分辨率定义 人眼对景物细节的分辨能力 分辨率 分辨率和很多因素有关 1 照明强度适当 分辨率高 2 对比度适当 分辨率高 3 运动速度下降 分辨率升高 2 成像位置适当 分辨率高 二 视觉的空间频率响应空间频率 单位视角 10 内所含黑白相间的条纹数 用表示 单位 线 度 人眼是一个空间频率滤波器 视觉的空间频率响应具有低通滤波器的特性 高端截止空间频率 相对响应下降6dB的空间频率 一般为9 3线 度 归一化空间频率 上限空间频率 三 彩色细节的分辨率结论 人眼对彩色细节的分辨率比对黑白细节的分辨率低 黑白100 黑绿94 黑红90 黑蓝26 绿红40 红蓝23 绿蓝19 四 人眼对色调的分辨率随波长而变化 人眼能分辨色调差别的最小波长变化称色调分辨阈 五 人眼对饱和度的分辨率随波长而变化 人眼能分辨色饱和度变化的能力称饱和度分辨率 1 2 6视觉惰性与闪烁感觉 1 视觉惰性 人眼的亮度感觉滞后于实际光信号的特性称视觉惰性 L 刚好使人眼不产生闪烁感觉的频率称临界闪烁频率 用表示 临界闪烁频率主要跟光脉冲的幅度有关 2 闪烁感觉 1 3 1三基色原理 用三种互相独立的颜色进行不同比例的混合 从而产生不同颜色的原理称三基色原理 a 相加混色 将三种互相独立的颜色光 红 绿 蓝 进行不同比例相加混合 从而产生不同颜色 用于彩色电视 计算机显示器 b 相减混色 在白色中加进三种互相独立的颜料 黄 青 紫 利用颜料的吸收特性 改变混合比例 从而产生不同颜色 用于绘画 印染 软件 打印 1 相加混色规律 红 绿 橙红红 绿 蓝 彩色 2 相加混色方法 a 同时混色投影电视 b 时间混色顺序制彩色电视 c 空间混色彩色电视机 计算机显示器 d 生理混色立体电视 三基色的单位量 红基色的单位量 R 波长为700nm 亮度为1Lm绿基色的单位量 G 波长为546 1nm 亮度为4 5907Lm蓝基色的单位量 B 波长为435 8nm 亮度为0 0601Lm1 R 1 G 1 B E白光1 4 5907 0 0601 1 3 2RGB计色制 一色匹配实验 配色实验 二颜色方程与三刺激值 1 颜色方程 F R R G G B B 2 三刺激值 三色系数 R G B称三色系数 R R G G B B 称三色分量 R G B的比值决定色度 比值不变 色度不变 例1 R 1 G 1 B E白K R K G K B E白RGB的大小决定亮度亮度 F 1R 4 5907G 0 0601B 颜色方程 B B F R R G G F R R G G B B 3 光谱三刺激值 分布色系数 单一波长 单位幅射功率 1w 彩色光的三色系数称分布色系数 例如 彩色光的幅射功率为 是RGB特例 例 某彩色光的辐射功率如图 求RGB的值 1 色度坐标 相对色系数 三 RGB色度图 2 RGB色度图 2 RGB色度图 注 1 自然界所有彩色的坐标一定落在闭合曲线及其内部 越靠近曲线饱和度越高 越靠近E点 饱和度越低 2 由三基色相加混合配出的各种彩色均在三角形以内 3 在色度图中可以进行相加运算 F1 R1 R G1 G B1 B 彩色的相加运算 F2 R2 R G2 G B2 B F1 F2 R1 R2 R G1 G2 G B1 B2 B F R R G G B B R G B的比值决定色度 比值不变 色度不变 例1 R 1 G 1 B E白K R K G K B E白RGB的大小决定亮度亮度 F 1R 4 5907G 0 0601B 复习 配色方程 分布色系数 相对色系数 r g b 配色方程 麦克斯韦三角形的特点 1 顶点到对边的距离等于12 三角形内的任意一点到对边的距离为r g b 则r g b 13 三角形的重心 W r g b 1 3 为白色 越靠近W点饱和度越低 反之则越高 例 某彩色光的辐射功率如图 求RGB的值 1 3 3XYZ色度系统一 三基色单位 X Y Z 的确定三基色单位 X Y Z 的确定须满足下列条件 在XYZ制的配色方程中 F X X Y Y Z Z 1 合成彩色光的亮度仅由Y Y 一项确定 1 Y 1Lm 色度仍然由X Y Z的比值确定 2 当用它们配出实际彩色时 X Y Z均为正值 3 当X Y Z 仍代表等能白光 X Z 的连线为零亮度线 方程为 r 4 5907g 0 0601b 0以波长 700nm点作谱色轨迹切线 与 X Z 两直线的交点为 X 点作邻近波长 504nm的点 方程1 45r 0 55g 1 0的直线与 X Z 直线交点为 Z 点 与 X Y 直线交点为 Y 点 X r1 1 2750 Y r2 1 7393 Z r3 0 7431g1 0 2778g2 2 7673g3 0 1409b1 0 0028b2 0 0280b3 1 6022 1 X m1r1 R m1g1 G m1b1 B 1 Y m2r2 R m2g2 G m2b2 B 1 1 Z m3r3 R m3g3 G m3b3 B 按1 Y 的光通亮为1Lmm2 r2 4 5907g2 0 0601b2 1m2 0 09121 X 1 Y 1 Z E白1 X 1 Y 1 Z m1r1 m2r2 m3r3 R m1g1 m2g2 m3g3 G m1b1 m2b2 m3b3 B m1r1 m2r2 m3r3 m1g1 m2g2 m3g3 m1g1 m2g2 m3g3 m1b1 m2b2 m3b3 2 由 2 得 m1 r1 g1 m3 r3 g3 m2 r2 g2 m1 g1 b1 m3 g3 b3 m2 g2 b2 代入m2及色度坐标 解得 m1 0 3282m3 0 0115 1 X 0 4185 R 0 0912 G 0 0009m1b1 B 1 Y 0 158 R 0 252 G 0 0025 B 1 1 Z 0 0828 R 0 0157 G 0 1786 B 物理三基色与计算三基色之间的关系 二 配色方程与色系数1 三色系数XYZ和RGB的关系XYZ制的配色方程为 F X X Y Y Z Z RGB制的配色方程为 F R R G G B B 当它门表示同一个彩色时X X Y Y Z Z R R G G B B 将 X Y Z 和 R G B 的关系代入 再比较系数 得 X 2 7689R 0 0912G 0 0009BY 1 0000R 4 5907G 0 0601BZ 0 0828R 0 0157G 0 1786B RGB制中亮度 F 1R 4 5907G 0 0601B 2 光谱三刺激值 分布色系数 单一波长 单位幅射功率 1w 彩色光的三色系数称分布色系数 例如 彩色光的幅射功率为 是XYZ特例 三 XYZ色度图 CIE色度图 标准色度图 1 相对色系数 2 XYZ色度图 CIE色度图 标准色度图 1 色域图 3 等色调波长线4 等饱和度线 5 等色差域图 注 每一个椭圆边界上各点与其内部所标圆点之间 颜色差别的程度是相同的 通过椭圆的不同大小与取向反映出人眼对各种颜色改变的不同分辨率 1 4 1显像三基色一 显像三基色的选择 1 三基色在色度图中所围成的面积要尽可能大 2 发光效率要高 NTSC制 Re1 Ge1 Be1 PAL制 Re2 Ge2 Be2 二 显像三基色的单位量NTSC制规定1 Re1 1 Ge1 1 Be1 C白 并且亮度为1LmPAL制规定1 Re2 1 Ge2 1 Be2 D65白 并且亮度为1Lm根据以上规定和显像三基色的色度坐标 可求出显像三基色和计算三基色之间的关系 1 4 2显像三基色的色系数与亮度方程一 Re Ge Be和X Y Z之间的关系 显像三基色的配色方程为 F Re1 Re1 Ge1 Ge1 Be1 Be1 计算三基色的配色方程为 F X X Y Y Z Z 当它门表示同一彩色时 Re1 Re1 Ge1 Ge1 Be1 Be1 X X Y Y Z Z 将 Re1 Ge1 Be1 和 X Y Z 之间的关系代入上式得 Y 0 299Re 0 587Ge 0 114Be亮度方程 亮度方程 Y 0 299Re 0 587Ge 0 114Be Re Ge Be和X Y Z之间的关系 Re1 亮度0 299Lm Ge1 亮度0 587Lm Be1 亮度0 114Lm PAL制规定 1 Re2 1 Ge2 1 Be2 D65 并且亮度为1Lm根据以上规定和显像三基色的色度坐标 可求出显像三基色和计算三基色之间的关系PAL制Re Ge Be和X Y Z之间的关系 亮度方程Y 0 222Re 0 707Ge 0 071Be 二亮度方程 Y 0 299Re 0 587Ge 0 114Be NTSC Y 0 222Re 0 707Ge 0 071Be PAL 亮度方程表示了彩色光的亮度与三色系数之间的关系 发端 应根据亮度方程从三基色信号中提取亮度信号 收端 红绿蓝三种荧光粉发光亮度和三基色信号之间的关系应符合亮度方程 1 4 3摄像光谱响应曲线 1 显像三基色的混色曲线 设彩色光F的幅射光谱分布为 显像三基色的三色系数为 单一波长 单位幅射功率 1w 彩色光的显像三色系数称光谱三刺激值 1 4 3摄像光谱响应曲线 1 显像三基色的混色曲线 设彩色光的幅射光谱分布为 显像三基色的三色系数为 摄像三基色的三色系数为 摄像 处理传输 显像 设传输系数为1