《光电显示技术视觉和电视显示基本原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电显示技术视觉和电视显示基本原理（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第二章 视觉和电视显示基本原理,2.1 人眼的生理特性,2.3 光度学,2.4 色度学,2.5 电视传像原理,2.6 平板显示器件的参照物显像管简介,2.2 人眼的视觉特性,1.巩膜 在最外层，呈白色，是眼球的保护层。前端突出的、与空气接触的是角膜，厚约0.55mm，折射率1.3771，外界光线先通过角膜进入眼球，是人眼的窗户。,一、眼睛的构造及功能,人眼又称为眼球，外型接近球体，直径约为24mm，眼球壁由巩膜、脉络膜和视网膜组成。,2.脉络膜 紧贴巩膜，含有丰富的血管和色素，其前端为虹膜，虹膜中央有一圆孔瞳孔，由虹膜肌的收缩与舒展控制瞳孔的放大和缩小，从而控制进入眼球的光通量，像照相机的光
2、圈一样。虹膜的颜色决定了人眼的颜色。,3.视网膜 是眼睛的感光部分，约占眼球内表面的2/3，上面有感光细胞（杆体细胞和锥体细胞）、双极细胞和神经节细胞。视网膜上正对瞳孔的中央视觉最灵敏，称为黄斑。视神经纤维的出口处有盲点，无感光细胞，无视觉。,锥体细胞直径2.5m 7.5m，分布在黄斑上，它对明视觉、彩色视觉有贡献，能分辨细节，杆体细胞分布在黄斑周围，对弱光敏感性强，主要负责暗视觉，不能提供颜色信息。,2.1 人眼的生理特性,4、后室：水晶体与视网膜之间，充满了折射率为1.336的透明液体。,分为角膜、前室、水晶体、后室和黄斑。,2、前室：在角膜和瞳孔之间，正透镜，厚3.05mm，透明液体折射
3、率1.3374,3、水晶体：由多层膜构成，双凸正透镜，由睫状肌的收缩与舒展来改变水晶体的曲率半径，改变焦距，达到调焦的目的。,二 从光学角度看眼睛的构造,1、角膜,5、黄斑,一、明视觉、暗视觉和光谱光效率曲线,视觉是人眼视神经细胞的感觉，可引起视觉的光的波长为：0.38m 0.78m，此波段的光称为可见光。,人眼感觉可见光与两个因素有关，一是光的强弱，另一个是光的波长。,与亮度有关的视觉：,1、明视觉：亮度大于3cd/m2，锥体细胞起主要作用,2、暗视觉：亮度小于0.03cd/m2，杆体细胞起主要作用,3、中间视觉：亮度介于以上两者之间，锥体细胞和杆体细胞同时起作用。,2.2 人眼的视觉特性,
4、光谱光效率函数（视见函数）：当人眼感觉不同色光的亮度相同时，不同波长单色光所需能量的倒数。,定量描述人眼对不同单色光的感受。,光谱光效率曲线：等亮度单色光能量的倒数随光波波长的变化。,二、暗适应与明适应（时间特性）,暗适应：从明亮的环境突然进入黑暗的环境，直到看清物体的轮廓。510min,明适应：从黑暗的环境突然进入明亮的环境，直到看清物体。1min,三、视敏度和细节视觉,视角：物体对人眼所张的角（以分为单位）,视角越小，物体在人眼视网膜上所形成的像就越小。当两个物体在视网膜上所形成的像点的间距大于锥体细胞直径时，人眼即能分辨出两个物体。,用视角的倒数表示视敏度，可辨视角为1时的视力称为正常视
5、敏度。,四、临界闪烁频率,视觉残留：光刺激停止后留下来的感觉。,视觉残留维持的时间称为视觉残留时间。,影响因素：, 光线的强弱。, 光刺激作用的时间。,光线的颜色。黄光最短，红蓝光最长。,它还受眼睛疲劳程度的影响。,临界闪烁频率：闪烁的光产生的视觉介于闪烁和稳定之间的闪烁频率。是人眼对光刺激在时间上的分辨能力。,用CFF表示，Critical flashing frequency,光的亮度：,影响CFF的因素：, 刺激光的强弱, 刺激面积, 背景光和刺激光的颜色, 观察方式,五、视觉阈限与差别感觉阈限,视觉阈限：能引起视觉的最少光量子数，又称敏感度。,差别感觉阈限：能够感觉到两种光刺激（主要指
6、光强）有所不同时，两种光刺激间的最小差别量，又称最小可觉差。随刺激强度的增加而增加。,一、光通量和发光强度,1、光通量,单位时间内通过一定面积的辐射能称为辐射能通量，简称为辐通量。单位：W,光通量：能被人眼所感受到的那部分光的辐射功率，,单位：lm，标度可见光对人眼视觉的刺激程度。,标准光谱光效率函数,单位波长间隔内的实际光功率,最大光谱效能，683lm/W,2.3 光度学,2、发光强度,光源单位立体角内所发射出的光通量，单位：cd，表示光源在某一方向上发光的强弱。,用顶点和球心重合的圆锥去截球面，当截得的面积为球半径的平方时，该圆锥所包含的空间为1立体弧度（球面度）。,二、照度及距离平方反比
7、定律,1、照度,单位面积接收的光通量，单位：lx（lm/m2）,2、距离平方反比定律,发光强度为I的点光源位于球心，半径为R的球面上获得的照度E为,若被照射平面与光线不垂直时：,证明：, 室内标准照明，桌面照度不低于50lx, 晴天阳光直射地面可达12万lx, 满月的夜晚地面照度0.1lx,三、亮度及朗伯定律,1、亮度,光源单位面积上的发光强度，单位：cd/m2,用来评价光源的优劣。,为观测方向与发光面的法线方向的夹角。,假设发光体在各个方向上的亮度都一致，在某一方向上发光的强度等于这个面垂直方向上的发光强度乘以方向角的余弦郎伯定律,各个方向上的亮度都一致的发光面称为郎伯发射面。,郎伯发射面发
8、光强度的空间分布如图：,它在半球空间的光通量：,设一本身不发光的反射面的面积为A，受到的照度为E，为反射面的反射系数，其亮度为是多少？,一、颜色及其分类,颜色是不同波长可见光辐射作用于人眼后所产生的心理感受，是一种与物理、生理和心理有关的复杂现象。,分类,非彩色,彩色,从颜色形成的物理机制分,光源色,物体色(表面色),2.3 色度学概要,二、颜色的三个基本特征,1、色调：颜色的类别,2、明度（亮度）：人眼感觉光的明亮程度,3、饱和度：颜色的鲜明程度,注意：,a、三个特征参数的不同便区分不同的颜色。 b、单一波长的光谱色饱和度为100%。 c、非彩色只有明度区别，色调和饱和度为0。,色调和饱和度
9、合称为色度，它既说明了彩色光的颜色类别，又说明了颜色的深浅程度。,三、颜色混合及Grassman颜色混合定律,1、颜色混合,加混合：不同色光直接相加混合。,a、 时间混色法,b、空间混色法,利用人眼的视觉惰性。,利用人眼空间细节分辨力差的特点。,举例：彩色显像管,减混合：从白光中除去某些色光而形成新的颜色，如油漆、颜料等,2、Grassman颜色混合定律（1853）,（1）人的视觉只能分辨颜色的三种变化明度色调和饱和度。,（2）在由两个成份组成的混色中如果一个成份连续变化混合色的外貌也连续变化。,补色律：互补的两种颜色以一定比例混合后得到白色或灰色，以其它比例混合，则产生接近占有比例大的颜色的
10、非饱和色。,中间色律：非互补的两种颜色混合将产生中间色，其色调取决于两颜色的比例。,（3）颜色外貌相同的色光不管它们的光谱组成是否一样在颜色混合中都是等效的。,（4）亮度相加律：混合色的亮度等于各色光亮度之和,注：此定律只适应于加混合，不适应于减混合,颜色代替律：AB，CD，则ACBD,用色光相加可以产生或代替各种所需的光，达到的视觉效果一样。,四、颜色匹配,颜色匹配：通过改变参加混色各颜色的量，使混合色与指定颜色达到视觉上相同的过程。,1、红、绿、蓝三种颜色以不同的量相混合可匹配任何颜色，配色方程：,2、红、绿、蓝不是唯一的三原色，任何相互独立的三种颜色都可以按一定比例混合而匹配任何颜色,以
11、上原理或结论是彩色电视得以实现的重要理论基础。彩色电视只需在摄像端将景物的各种颜色分解成红、绿、蓝三种基色，然后将这三种基色转换成相应的三种电信号传送到显示端，在显示端将电信号再转换成三基色光信号，最后在屏幕上用三基色混合出原景物的色彩。,五、色度学中的几个概念,1、颜色刺激：引起颜色知觉的可见辐射的辐射通量。,2、三原色：混合后能够匹配所有颜色的三种相互独立的颜色。,3、三刺激值：匹配某种颜色所需的三原色的量。,4、光谱三刺激值：匹配等能光谱色所需的三原色的量。,5、色品（度）坐标及色品图,色品（度）：三刺激值各自在三刺激值总量中占的比例。,显然，,以r为横坐标，g为纵坐标建立坐标平面，平面
12、上的点均和某种颜色相对应，这个表示颜色的平面称做色品图。,六、CIE标准色度学系统,由CIE（国际照明委员会）规定的颜色测量原理、基本数据和计算方法。,1、1931CIE-RGB系统,选用汞光谱中的三条为三基色。,R700nm，G546.1nm，B435.8nm,三基色单位：,1lm红光为1个R基色单位，用（R）表示,4.5907lm绿光为1个G基色单位，用（G）表示,0.0601lm蓝光为1个B基色单位，用（B）表示,等能白光F白1（R）1（G）1（B），可用色温为5500K的白光源（E）代替。,E白的光通量是三个基色光的光通量之和，即： 14.59070.06015.6508 lm。,19
13、31 CIERGB 系统色度图,2、1931CIE-XYZ系统,用（X）、（Y）、（Z）三基色匹配实际色彩时，三色系数都应该为正值。,所选三基色中，只有（Y）包含亮度，而（X）、（Z）不包含亮度。,当XYZ时，仍代表等能白光E。,在构成XYZ三角形时尽可能减少三角形所占的面积。,两系统间转换公式：,三基色（X）、（Y）、（Z）在r-g色度图中的坐标：,色度坐标变换公式：, E白点的坐标为x=y=1/3，舌形曲线上任一点与E白点的连线称为等色调线。,舌形曲线全部位于第一象限，所有的单色光都位于舌形曲线上。,不在同一等色调线上的任意两点，表示了两种不同的颜色，由这两种颜色组成的全部混合色都处在这两
14、点的连线上。,在谱色曲线内任取三点对应的彩色作基色，则由此三基色混合而成的所有彩色都包含在以这三点为顶点的三角形内。,标准照明体 1) A 光源：代表绝对温度大约为2856K完全辐射体(黑体)的光。 2) B 光源：代表相关色温大约为4874K的直射日光它的光色相当于中午阳光。 3) C 光源 ：代表相关色温大约为6774K的平均日光它的光色近似阴天天空的日光。 4) D65 光源：代表相关色温大约为6504K的日光。,3、均匀颜色空间,在色度图上，人眼感觉不出颜色变化的范围称为颜色宽容量。,椭圆区域等色差域,CIE-XYZ标准色度图的缺点在于色度空间不均匀，给实际配色带来了不便。,CIE于1
15、960年采用了CIE1960UCS色度图。,色度坐标变换公式：,1976CIE-UCS,例一：请说出公式 中R、G、B和（R）、（G）、（B）的物理意义，并指出r、g、b的表达式，并说明其物理意义。已知某一波长的光波的r0.8175，g0.1537，总的光通量为7.598lm，计算各基色的光通量。,例二、已知某色样的色品坐标x=0.3921，y=0.3244，Y的刺激值为30.05，求X、Z的刺激值。,2.4 电视传像原理,电视传送活动的图像，基本过程：,发送端：经摄像器件将活动景物的光信号转换成电信号，发送传输。（光电转换）,接收端：经显示器件将接收到的图像信号转换成光信号，还原出图像。（电
16、光转换）,一、图像的组成,1、像素：为了图像提取和传输的便利，将一幅图像分解成许多小单元，分解的最小单元称为像素。,图像能够分解的像素数越多，图像就越清晰、细腻。,区别黑白电视和彩色电视像素的组成,LG.Philips屏,三星索尼屏,2、画面的组成,一幅静止的画面：颜色（亮度L，色调H，饱和度S）的二维分布函数。,一幅活动的画面：颜色的时空分布,台湾屏,夏普屏,二、图像的顺序传送,在发送端把被传送图像上各像素的亮度、色度信息按一定顺序逐一地转换成相应的电信号，并依次通过一个通道发射出去，在接收端按相同的顺序依次将电信号在相应的位置转换成不同亮度、色度的光信号显示出来，重现图像，这就是顺序传送制。,要求： 传送速度足够快；,接收并显示的画面其像素与发送端要一一对应。,如何显示连续活动的画面？,三、 电视扫描,在电视技术中，电子束在电磁场作用下按一定规律在摄像管或显像管的屏面上作周期性的运动，称为扫描。,
