三基色原理和几种计色系统课件

三基色原理和几种计色系统

2.1三基色原理

三基色原理

：适当选择三种基色，由这三种颜色按不同比例相混合可以产生出自然界中几乎所有彩色，混出的彩色光的色调由三基色的比例关系决定，其亮度由三基色光的亮度之和决定。要求选择的三种基色是互相独立的，选择三种基色的方法要尽可能简单，由它们配出的彩色域要尽可能大。彩色电视三基色原理：将自然界中的任意景象先分解成红、绿、蓝三种基色光象，再将三基色光象经编码处理送到接收端，在接收端将红、绿、蓝三种基色光象相加混色，在显像管荧光屏上恢复被送来的彩色景物。当然，三基色组并不一定只有红、绿、蓝，也可以是其它三基色组。

红色(R)+绿色(G)=黄色(Yellow)

红色(R)+蓝色(B)=紫色(Magenta)补色

蓝色(B)+绿色(G)=青色(Cyan)

红色(R)+绿色(G)+

蓝色(B)=白色(White)相加混色法1)实际混色：将三基色光投射到白色屏幕上，当三基色光由屏幕反射时，它们的光线已真正混合在一起。2)时间混色：将三基色光按一定比例轮流投射到同一屏幕上，只要交替的速度足够快，由于人眼的视觉暂留特性，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样。3)空间混色：将三种基色同时投射到同一表面的三个邻近的点上，只要这些点之间的距离足够近，利用人眼的分辨力有限而产生混色。4)生理混色：两只眼睛分别看两个不同颜色的景物，两束视神经受到的光刺激通过大脑的综合而给出混合的色光感觉。相减混色法相减混色利用了滤光特性即在白光中减去不需要的彩色留下所需要的，目前印染、颜料、彩色照片等均采用相减混色。

黄色=白色—蓝色绿色=白色—紫色青色=白色—红色红色=白色—蓝色—绿色绿色=白色—蓝色—红色蓝色=白色—绿色—红色黑色=白色—蓝色—绿色—红色

2.2配色实验和RGB计色系统

1.配色实验

国际照明委员会(CIE)规定：标准红基色(R)光的波长λ为700nm，标准绿基色光(G)的波长为546.1nm，标准蓝基色光(B)的波长为435.8nm，它们都是谱色光，视敏函数值分别为:

VR(λ)=VR(700)=0.041;VG(λ)=VG(546.1)=0.8756;VB(λ)=VB(435.8)=0.0173图2.1配色实验

配色实验中，待配色光F可以用下式表示（配色方程）：

F=R[R]+G[G]+B[B](2.1)

式中F表示具有一定亮度与色度的任一彩色光，［R］、［G］、［B］分别表示红、绿、蓝三基色单位；R、G、B表示基色单位数，称基色系数。在选定基色单位［R］、［G］、［B］时，为了色度学计算上的方便，规定各以1单位的红、绿、蓝三基色光相混时，恰能产生出等能白光，(即E白光)时，所需三个基色光通量的比例为：

｜FR｜∶｜FG｜∶｜FB｜=1∶4.5907∶0.0601(2.2)

式中｜Ｆ｜表示某色光的光通量。

CIE规定：1[R]基色单位表示1光瓦波长为700nm的红谱色光；1[G]基色单位表示4.5907光瓦波长为546.1nm的绿谱色光；1[B]基色单位表示0.0601光瓦波长为435.8nm的蓝谱色光。在配色实验中，比色计调节器是以[R]、[G]、[B]为单位进行刻度的，因此E白光的方程表示为：FE白=1[R]+1[G]+1[B](2.3)

其光通量为：｜FE白｜=1+4.5907+0.0601=5.6508(光瓦)2.RGB计色系统

对于任意色光，其配色方程为：

F=R[R]+G[G]+B[B](2.4)

此方程说明：R、G、B三基色系数的大小决定了彩色亮度的大小，其比例关系决定了色度，只要比例不变，色调就不变。其光通量为：｜F｜=(R×1+G×4.5907+B×0.06011)(光瓦)=680(R×1+G×4.5907+B×0.0601)(流明)(2.5)由式2.1，设三基色系数之和为：

R+G+B=m(2.6)并令:r=R/mg=G/mb=B/m(2.7)于是得：

r+g+b=1(2.8)上式中：m称为色模，表示某彩色光F所含的三色系数的总和；

r,g,b称为相对色系数，表示配出的某色光各基色系数在总基色系数中所占的比例。如果m=1，则r,g,b表示配出某色光的色模为1时，所需各基色单位的多少。F=m[r[R]+g[G]+b[B]](2.9)m=1时，F=r[R]+g[G]+b[B](2.10)在求其光通量时可按下式:｜F｜=m(r+4.5907g+0.0601B)光瓦=680m(r+4.5907g+0.0601b)流明(2.11)

图2.2R、G、B色度图

坐标原点为r=0，g=0，b=1，它是蓝基色单位1[B]的坐标点；绿基色单位1[G]的坐标点是r=0、g=1、b=0，它是舌形曲线与横轴的交点；三基色单位1［R］、1［G］、1［B］组成的三角形称为物理三基色彩色三角形，其重心即为E白光的位置。

所谓分布色系数是指为了配出辐射功率为1瓦的各谱色光所需的三色系数R、G、B，

常以表示。它们也称为三色光谱响应函数，由它们所描成的一组曲线称为物理三基色混合曲线。据此，单位辐射功率(即1瓦)谱色光的配色方程可写成:

F(λ)=(2.12)

已知辐射功率为P(λ)的光源,在整个可见光波范围内求和，便得此光源的三色系数R、G、B，计算如下：(2.13)于是辐射功率波谱为P(λ)的色光F的方程为：F=R［R］+G［G］+B［B］(2.14)

图2.2RGB计色系统的混色曲线

3.0

2.0

1.0

0分布色系数

400500600700缺陷：1、混色曲线中有负值存在，计算不方便。2、谱色轨迹不全在第一象限，作图麻烦。3、RGB色度图上难以确定某色光的亮度。2.3XYZ计色系统

1.XYZ制基色单位［X］［Y］［Z］的确定在XYZ计色系统中，任意色光F的配色方程为：F=X［X］+Y［Y］+Z［Z］(2.15)

式中，XYZ称为标准三基色系数选定[X]、[Y]、[Z]三基色时要满足下面几点要求：(1)当表示任意色光时，X、Y、Z总为正值，Δ[X][Y][Z]包含任意色光，即谱色轨迹必须在第一象限内；(2)要求色光F的亮度仅由Y[Ｙ]一项表示，与X[X]、Z[Z]无关，而且规定1[Y]的光通量为1光瓦,而色光F的色度由X、Y、Z的比值确定。(3)当X=Y=Z时，色光F应是等能E白光，且:

1［X］+1［Y］+1［Z］=1(光瓦)(E白光)Δ[X][Y][Z]的三条边的方程为:

r+0.99g–1=01.45r+0.55g+1=0(2.16)r+4.5907g+0.0601b=0它们的公共解分别为[Ｘ]、[Ｙ]和[Ｚ]的坐标:[X]:rx=1.2750;gx=-0.2778;bx=0.0028[Y]:ry=-1.7393;gy=2.7673;by=-0.0280(2.17)[Z]:rz=-0.7431;gz=0.1409;bz=1.6022

2.RGB坐标系与XYZ坐标系之间的转换关系两坐标系间的变换关系：

可得两种计色制的三色系数对应关系式：

值得注意的是系数Y：

Y=R+4.5907G+0.0601B(2.20)

与色光F的光通量表达式完全一致，即系数Y代表了彩色光的亮度值。3.XYZ色度图

对于任意彩色F，其配色方程的表达式为：F=X［X］+Y［Y］+Z［Z］

其色模为:

t=X+Y+Z(2.21)

相对色系数为x、y、zx=X/ty=Y/tz=Z/t

x+y+z=155059010000K

0.10.20.30.40.50.60.7x

y0.80.70.60.50.40.30.20.1

40047048049050052051053054056057058060061062070024000K8000K4500K1500K

图2.3XYZ色度图(x-y色度图)

表2.1色度图上的各色域的中、英文对照

中文英文中文英文中文英文绿green绿偏黄yellowish-green黄绿yellow-green黄偏绿greenish-yellow黄yellow橙偏黄yellowish-orange橙orange橙偏红reddish-orange橙粉红orange-pink紫purple紫偏蓝bluish-purple蓝偏紫purplish-blue紫红red-purple紫偏红reddish-purple红偏紫purplish-red

粉红(品)pink粉红偏紫purplish-pink红red

蓝blue蓝偏绿greenish-blue蓝绿blue-green

绿偏兰bluish-green

4.XYZ计色系统的分布色系数

根据RGB计色系统与XYZ计色系统的三色系统之间的关系式有：400480560640720波长（毫微米）1.61.20.80.4分布色系数

图2.4XYZ计色系统的混色曲线

由混色曲线可知，各条曲线都为正值，而y(λ)曲线与明视觉视敏函数曲线V(λ)完全一致。任意色光的三色系数可由下式计算:

(2.23)

根据色系数与相对色系数关系,就可以计算出它们在x-y色度图上的坐标x,y。

2.4彩色电视中的三基色(显像三基色)1.显像三基色的选择（Re、Ge、Be）

所谓电视显像三基色，就是电视系统中实际应用的红、绿、蓝三基色光。它们完全决定于电视显像装置中采用的红、绿、蓝荧光粉。这是因为，在电视屏幕上呈现的彩色图像是由三基色荧光粉发出的光相加混合形成的，所以电视三基色也就是显像三基色。显像三基色不是标准三基色，也不可能是物理三基色，因为实际显像管荧光粉发出的基色光并非谱色，而是复合光。

显像三基色选取要考虑两个方面:

首先，应使三基色荧光粉的光色尽可能靠近适当的谱色,以求显像三基色构成的彩色三角形面积(重现色域)尽量大；

其次，应使三基色荧光粉的发光效率要比较高,以求彩色图像有足够的亮度。这两个要求之间是存在矛盾的，显像三基色的选择应该对重现色域和发光效率两者折衷的考虑。实际上是采用非谱色(荧光粉本来也难以发出谱色光)，牺牲一些重现色域，而换得能有较高的屏幕彩色亮度。具体采用什么坐标位置的三基色又完全决定于可以实际生产怎样的基色荧光粉，而荧粉化学材料的研制和质量提高又是在发展着的。1.1953年美国确立NTSC制2.1970年欧洲广播联盟(EBU)3.1973年对原先的NTSC制荧光粉的改进

类别基色、基准白和化学成分

x

yNTSC制(1953年)Re1锰激活磷酸锌]Ge1锰激活硅酸锌Be1银激活硫化锌C白0.6700.2100.1400.3100.3300.7100.0800.316EBU制(1970年)Re2稀土元素Ge2银激活硫化镉Be2银激活硫化锌D65

白0.6400.2900.1500.3130.3300.6000.0600.329NTSC制(1973年)Re3铕激活钒酸Ge3银激活硫化锌镉Be3银激活硫化锌D65白0.6480.3060.1530.3130.3290.5920.0740.329表2.2显像三基色的色度坐标

1953年规定的NTSC制中，混配出C白的三基色荧光粉发光的亮度比为:

LR∶LG∶LB=2.63∶5.15∶15.1=0.299∶0.587∶0.1141970年规定的EBU制中混配出D65白的三基色荧光粉发光亮度比为:LR∶LG∶LB=3.12∶9.1∶1=0.222∶0.707∶0.0712.

亮度公式和混色曲线(1)亮度公式的导出

就1953年的NTSC制荧光粉进行计算

，要求:1［Re］+1［Ge］+1［Be］混配出1光瓦C