光和色的基本知识
我们所看到的影像,都是景物的光影像。
它是光源照射到物体上,被其表面反射出的那部分光线。
光影照射入人眼中,刺激视网膜,使我们感受到物体的存在——也就是看到了景物。
物体的颜色
人眼感知的物体的颜色取决于该物体对人眼入射光的光谱功率分布情况。
发光物体的颜色取决于自身的光谱分布情况。
不发光物体通过反射光或透射光被人眼感知,其颜色由反射光或透视光的光谱功率分布所决定。
决定物体反射光或透视光的光谱功率分布的因素有两个:物体本身的反射特性或透视特性;照明光源的光谱功率分布。
彩色光的三要素
彩色光作用于人眼,使之产生彩色视觉,为了能确切地表示某一彩色光,可用亮度、色调和色饱和度等三个物理量来描述,这三个量称之为彩色光的三要素。
亮度:是描述光刺激人眼时所引起视觉的明暗程度。
彩色光辐射的功率越大,亮度越高,反之则亮度越低;对于不发光的物体,其亮度取决于它反射光功率的大小,与光照强度及物体的反射率有关。
亮度所转换的电信号称之为亮度信号,是黑白电视的主要物理量,也是彩色电视要传送的信号之一。
色调:是颜色的类别,例如红色,绿色、蓝色等不同颜色。
不同波长的光呈现不同的颜色,某物体的色调取决于它本身辐射的光谱成分或在光的照射下所反射的光谱成分,例如,树叶在阳光照射下,它反射绿色光谱成分而吸收其它光谱成份,所以呈现绿色。
色饱和度:是指颜色的深浅程度(或浓度)。
对于同一种色调的颜色,饱和度越高,颜色越深,如深红、深绿、深蓝等,饱和度越低,则颜色越淡,如淡红、淡绿、淡蓝等。
高饱和度的深色光可渗入白光而被冲淡,变为低饱和度的淡色光。
色调和色饱和度是表征颜色的两个物理量,在彩色电视中又被称为色度,它的电信号称为色度信号或色信号。
彩色图像既有亮度,又有色度。
黑白图像只有亮度,没有色度。
人眼的彩色视觉
人眼的锥状细胞有三种,分别对红、绿、蓝三种色光最敏感,称为红感细胞、绿感细胞、蓝感细胞。
当一束光射入人眼时,三种锥状细胞就会产生不同的反应,不同颜色的光对三种锥状细胞的刺激量是不同的,产生的颜色视觉各异,使人能够分辨出各种颜色。
人眼彩色视觉的特点:
特定的光谱功率分布会产生特定的颜色感觉。
不同的光谱功率分布可以产生同一种颜色感觉。
某一单色光的彩色视觉,可以由不同光谱的光组合而获得与该单色光相同的彩色感觉,如,单色青光可以由绿色和蓝色组合而成,尽管它们的光谱成分不同,但人眼的彩色感觉却相同。
在彩色视觉重现的过程中,并不一定要求重现原景象的光谱成分,而只要获得与原景象相同的彩色感觉。
三基色原理
实验发现,用三种不同颜色的单色光按一定比例混合,可以得到自然界中绝大多数颜色。
具有这种特性的三种单色光称为三基色光。
如果合适地选择三种基本颜色,使它们按不同比例组合,可以引起人眼各种不同的彩色感觉,这就是三基色原理的基础。
三基色原理的主要内容是:
自然界几乎所有的颜色都可以用三种互为独立的基色按一定比例混合而得到;自然界中绝大多数颜色可以分解成为三种基色;三基色必须是相互独立的,即其中任何一种基色都不能由其它两种基色混合得到;混合色的色调和饱和度由三基色混合比例决定;混合色的亮度等于各个基色亮度之和。
根据对人眼彩色视觉的分析,选择红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)作为三基色比较合适。
理论上三种基色选择是任意的,在彩色电视中之所以用红、绿,蓝作三基色,其原因是:人眼对红、绿、蓝三色比较敏感;红、绿、蓝三基色彼此互为独立;红,蓝色分布在可见光谱的两端,绿色处在中间,它们在光谱位置上相隔较远,由红、绿、蓝三基色混合而成的彩色较为丰富,几乎能重现自然界的各种彩色。
彩色电视中转换、传送和重现彩色图像的程序:
a.彩色景物
b.分色棱镜分解成三基色光
c.彩色摄象机转换成三基色电信号
d.传输通道
e.在彩色显象管的三基色荧光屏上重现彩色图象。
采用红、绿、蓝三种基色按不同比例相加而获得不同的彩色,这种方法称为相加混色法。
彩色电视中相加混色的方式:
空间混色法:由于人眼对彩色分辨率较低,将彩色景物的三基色光分别投射到同一表面上相邻的三个小点上,只要这些光点足够近,便会产生出三种基色光混合的色感。
这种方法称为空间混色法。
时间混色法:根据人眼的视觉惰性,将三种基色光按一定顺序轮流地投射到同一表面上,只要轮换速度足够快,人眼产生的彩色感觉与三种基色光同时投射的效果相同,这种方法称为时间混色法。
生理混色法:利用两只眼睛分别同时观看不同颜色的同一景物,从而获得混色效果。
在立体电视中,利用这一原理可以看到彩色立体图像。
亮度公式
相同的红、绿、蓝基色光产生的亮度是不同的。
亮度公式表明了三个基色量与合成彩色光亮度之间的关系。
Y=0.30Re+0.59Ge+0.11Be
亮度公式是彩色图像进行三基色分解、重现和进行编码传输的基本依据。