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1、2018/12/7,1,人眼的生理特征 光度学 色度学概要 电视传像原理,第一章 视觉生理学和显示基本原理,2018/12/7,2,1.1.1眼睛的构造及功能 人眼的外形接近于球形，是一个直径为24mm的球状体,又称为眼球。眼球壁由巩膜、脉络膜和视网膜组成(见图2-1)。 巩膜在眼球壁最外一层，呈白色，是眼球的保护层。巩膜前面1/6的透明部分叫角，光线从角膜射入眼内。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,3,脉络膜紧贴巩膜,它含有丰富的血管虹气和色素,起着输送养料、滋养眼睛的作用。脉络膜最前面的环形部分为虹膜,眼的“颜色”由虹膜中的色素决定。虹膜中央有一个小圆孔叫作瞳孔,瞳孔能
2、控制进入人眼内的光量,可以随着光线的强弱而扩大或缩小,起着像照相机的光圈一样的作用。 眼球的第三层为视网膜,约占眼球内表面的2/3,它含有感光细胞(杆体细胞和锥体细胞)、双极细胞和神经节细胞。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,4,第一章 视觉和电视显示基本原理,光谱光效率函数：达到同样亮度时，不同波长所需要能量的倒数，即V()=1/E,式中V()是光谱光效率函数值， E是单色光能量。 明视觉：亮度3cd/m2，锥体细胞起主要作用，V()在0.55-0.56m。 暗视觉：亮度 0.03cd/m2，杆体细胞起主要作用， V()向短波方向移动，相当于0.50-0.51m的蓝绿色部
3、位。,2018/12/7,5,明适应与暗适应 暗适应：人眼从光亮中进入到暗室时，在最初的瞬间什么都看不见，逐渐地才适应了黑暗，从而区分出周围物体的轮廓。 包括两种基本过程：瞳孔大小的变化和视网膜感光化学物质的变化。主要机制是视觉的双重作用，即在黑暗中由中央视网膜转化为边缘视网膜的作用。视觉的暗适应程度是与视紫红质的合成程度相对应。,2018/12/7,6,1.1.2 视敏度和细节视觉,视角：对象与眼睛所形成的张角。,V=1/,视敏度V: 指分辨物体细节和轮廓的能力，通常以找出两条线间的最小间隔来说明。,通常以分（）表示,观察距离 亮度 对比度 V,V,V,第一章 视觉和电视显示基本原理,201
4、8/12/7,7,1.1.3 临界闪烁频率,视觉残留：当光刺激人眼时，感觉并不是立即产生的，而且光刺激在眼睛内所产生的兴奋并不随着刺激的终止而立即消失，而是要维持若干时间。在刺激停止后所留下来的感觉称为视觉后像或称视觉残留。,视觉残留,正后像：一种与真实刺激相符合的感觉,负后像：则是一种相反的情况。,受如下因素影响： 1，发光物体的光强；2，刺激光的作用时间；3，不同色光的刺激。其中黄 光的后像消失得最快。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,8,临界闪烁频率（CFF)：当闪光频率增加到一定程度时，人眼就不再感到是闪光，而感到一种固定的或连续的光，将这样一种频率简称为CFF。一
5、般达到3055次/s，人眼不再有闪烁的感觉。 电影：24张图片，48次/秒 电视：50（60）Hz,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,9,当周期光信号的频率高于CFF时,其视亮度I为:,L(t)为周期变化光的实际亮度,眼睛感觉到的是周期性变化光亮度的平均值。,CFF和光强的关系：,n:临界频率，I:光强，a，b是两个参数,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,10,CFF受许多因素影响,现分别介绍如下：,1.刺激的强度，微光时低于10Hz，高亮度（1000cd/m2)可高达4560Hz渐进值。,2.刺激的面积，小面积的CFF比大面积的CFF低，两者也是对数关系。
6、,A代表面积，c，d为两个参数,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,11,3.视网膜的不同部位，中凹处的CFF较高。,4.不同背景光及不同的刺激色光 。,白光的最大CFF值大于其他色光的相应数值；绿光的CFF值大于红，蓝光的相应数值。白光在蓝光背景上CFF最高，红光背景上中等，绿光背景上最低。,5. CFF还与年龄、疲劳、缺氧和其他感官剌激有关。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,12,1.2 光度学,1.2.1光通量和发光强度,1.2.2照度及距离平方反比定律,1.2.3亮度及朗伯定律,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,13,1.2.1光通
7、量和发光强度,光通量()：在光度学中,它定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量,单位是lm(流明)。显然，光通量将不可见光（红外线，紫外线）排除在外，而且在数量上也并不等于看得见的那部分光辐射功率值。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,14,V()就是标准的明视觉函数,e,是单位波长间隔内光的实际功率(W),Km是一个转换常数,现在叫最大光谱效能。规定Km =683lm/W,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,15,由此可见，光通量的大小反映了一个光源所发出的光辐射能所引起的人眼光亮感觉的能力。,40W钨丝灯泡所输出的光通量468lm，
8、40W日光灯可达2100lm,我们用每瓦流明数来表达一个光源或一个显示器的光效率。单位lm/w,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,16,发光强度：指在某一指定方向上发出光通量的能力。,I为发光强度 d为立体角元 d为这个立体角元所包含的光通量 I的单位是cd(坎德拉)。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,17,1.2.2照度及距离平方反比定律,照度指照明程度的大小，定义为单位面积上的光通量,E=d/dA （勒克斯）lx,曝光量 H=Et （勒克斯秒）,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,18,例：设有一个发光强度为I cd的点光源,若以此点光
9、源为球心作一个半径为R的球面,求球面上的照度。,dA,这就是照度的距离平方反比定律。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,19,上式表明，一个发光强度为I的点光源，在距离它R处的平面上产生的照度，与这个光源的发光强度成正比，与距离平方成反比。 但必须注意,被照射的平面一定要垂直于光线投射方向,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,20,1.2.3亮度及朗伯定律 亮度：它表示单位面积上的发光强度，即： LdI/dA 单位cd/m2(坎德拉每平方米) 如果这个面的法线方向与观察方向所成之角为,上式变为: L=dI/(dAcos) (2.15) 或 L=d2 / ( d
10、dA cos) (2.16),第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,21,亮度还可用来描述光路的任一截面 如果有一个面积为A的均匀发光面，它在某一方向上的亮度为L，则它在这个方向上的发光强度I应为： I LA cos （2.17）,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,22,如果这个面光源的亮度在各个方向上都相等,则L=L=常数。这时(2.17)式可变为:,I LA cos （2.18）,令 I0LA 表示该面光源法线方向上的发光强度,则 I I0cos （2.19） 朗伯定律,它表示一个亮度在各个方向上都相等的发光面，在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发
11、光强度I0乘以方向角的余弦。这样的发光面称为朗伯发射面，也叫均匀漫射面。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,23,1.3 色度学概要,颜色的基本特性及颜色混合 彩色光的三色原理,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,24,1.3.1颜色的基本特性及颜色混合,光是一种一定频率的电磁辐射。可见光谱的波长为0.38 0.78um。,表2.1是可见光谱颜色的波长范围,物体的颜色是由光线在物体上被反射和吸收的情况决定的,所以又受光源条件的影响。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,25,第一章 视觉和电视显示基本原理,太阳光为混色光 短波的光能量较多时便呈
12、现蓝色，长波的光能量较多时呈现红色。 为何有些花看起来是红色？ 人们在灯光下观看颜色时，会受到光源影响： 绿草在钠灯下看不出是绿色， 不论什么颜色的物体在月光下看都带青绿色彩。,2018/12/7,26,第一章 视觉和电视显示基本原理,前面谈到的是非自发光的物体色,称为表面色。另外还有自发光体色,称为光源色。光源色主要由光源色温决定,色温高,色光偏蓝色;色温低,色光偏红色。色温并不是指颜色的温度,而是指一个光源的颜色与黑体加热到某温度时所发生的光色相同,这个光源的色温便是该温度。 例如，白色荧光灯的颜色与加热到4500k时所发生的光色相同，称这种灯的色温为4500k,2018/12/7,27,
13、1.颜色的三个基本特性 （色调，明度，饱和度）,色调是指在物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的,不同波长产生不同颜色的感觉。反映颜色的类别, R,G,B,饱和度是指一个颜色的鲜明程度，是颜色色调的表现程度。颜色纯度的人眼的主观评价 色调和饱和度统称色度,明度(亮度)是指刺激物的强度作用于眼睛所发生的效应,它的大小是由物体反射系数来决定的。,黑,白,红,橙,黄,绿,蓝,紫,绿黄,蓝绿,明度,明度,饱和度,色调,颜色立体图,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,28,三色原理,选择合适的三种基色(R、G、B)，将它们按不同比例混合，就可以引起不同的彩色感觉，合成彩色光的亮度由三基
14、色的亮度之和决定，色度由三基色分量的比例确定，三种基色彼此独立，任一基色不能用其他两种颜色配出。 R: 波长为700nm G: 波长为546.1nm G:波长为435.8nm 三色原理在广播电视中发挥了巨大的作用,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,29,红,蓝,紫,绿,白,青,黄,1. 加法混色,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,30,2.减法混色,色光混合是一种加法色，但颜料，油漆等按不同比例混合得出的颜色与加法混色得到的颜色是不一样的。例如：黄色颜料是从入射白光中吸收蓝光而反射红光和绿光所致。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,31,减
15、法色的三原色是黄，品红，青，彩色电视机主要是应用加色混色法，而彩色影片的画面是由黄，青，品红三种影片染料按减色法原理构成的，相加混色后颜色的明度是增加的，在减色法中则相反。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,32,1.4 电视传像原理,1.4.1 图像的特点与组成,1.4.2 图像的顺序传送,1.4.3 电视扫描,1.4.5全电视信号,1.4.4 同步和消隐,1.4.6 彩色电视的制式,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,33,活动景物 （光信号）,电信号,加工处理电传输,逆变为图象,电视传像原理,电视传送的主要信息是活动图像，其基本过程是在发送端把活动景物的
16、光信号转变成与它对应的电信号，经过加工、处理并进行电传输(发射电磁波或用馈电线)，在接收端再把收到的电信号逆变成原来景物的图像。 在接收端要使用各种显示器件，包括本书重点涉及的各种平板显示器件。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,34,1.4.1 图像的特点与组成,为了传输一幅图像，通常的办法是将整个画面分解成许多小的单元，我们把被分解的最小的图像单元称为像素。对于黑白图像每个像素点为黑白程度不同的小点，对于彩色图像每个像素点又由红、绿、蓝三个彩色点组成。,第一章 视觉和电视显示基本原理,2018/12/7,35,这样就把空间坐标(x，y)也转换成时间t的函数了。采用逐点扫描以后，时间的先后就反映不同的坐标，所以在传送过程中，必须由用同步扫描来确保发送端与接收端坐标的一一对应关系，才能使被传送的图像不失真。,对于
