电视技术

一个世纪以来，以上两种学说一直处于对立地位，似乎若要肯定一个，非要否定另一个不可。在一个时期，三色学说曾占上风，因为它有更大的实用意义。然而最近一、二十年的发展，人们对这两种学说有了新的认识，证明两者并不是不可调和的。现代彩色视觉理论产生一种“颜色视觉的阶段学说”，将这两个似乎是完全对立的古老的颜色学说统一在一起，有关这方面的知识，请阅读参参考文献[18],P.60。下面只介绍作为彩色电视理论基础之一的三色学说。 三、三色学说

这种学说认为人眼的锥状细胞是由红、绿、蓝三种感光细胞组成的，它们有着各自独立的相对视敏函数曲线，分别为Vr（l ）＝Vq（l ）和Vb（l ） （2.1－1） 如果某色光的功率频谱分布为P（l ），则三种色敏细胞感受到光通量分别为FR、D和F

大脑对该色光感觉到的亮度正比于它的总光通量F＝FR＋FG＋FB，大脑感觉该色光的色度（色调和饱和度）由FR、FG和FB分别相互比值来决定。所以，对于两种不同功率频谱分布的色光，只要它们的FR、FG和FB分别相同，对人眼来说，感觉到的亮度是完全相同的，它们的对人眼的彩色视觉是完全等效的。如果它们的FR、FG和FB虽然不同，但是FR、RG和FB的相同互比值相同，则它们对人眼来说，只是亮度感觉不同而色度感觉是完全相同的。

由此可见，人眼的颜色感觉虽然取决于色光谱布，但是并不能从看到的颜色来测断它们的光谱分布。也就是说，一定的光谱分布，对应着一种唯确定的颜色；但是同一颜色，可以由不同的光谱分布所组成，这种现象称为“同色异谱”现象。彩色电视正是利用这一现象进行颜色重现的。在颜色重现过程中，并非一定要求重现原景物辐射光的光谱成分，而重要的是应获得与原景物相同的彩色感觉。用什么方法才能实现这一目标呢？下面讨论的三基色原理与颜色混配规律为此问题的解决提供理论依据方法。

2.1.3 三基色原理与混色规律 一、混色规律

不同颜色混合在一起，能产生新的颜色，这种方法称为混色法。混色分为相加混色和相减混色。相加混色是各分色的光谱成分相加，彩色电视就是利用红、绿、蓝三基色相加产生各种不同的彩色。相减混色中存在光谱成分的相减，在彩色印刷、绘画和电影中就是利用相减混色。它们采用了颜色料，白光照射在颜色料上后，光谱的某些部分使被吸收，而其他部分被反向或透射，从而表现出某种颜色。混合颜料时，每增加一种颜料，都要从白光中减去更多的光谱成分，因此，颜料混合过程称为相减混色。

1853年格拉斯曼（H.Grasman）教授总结也下列相加混色定律：

1.补色律：自然界任一颜色都有其补色，它与它的补色按一定比例混合，可以得到白色或灰色。

2.中间律：两个非补色相混合，便产生中间色。其色调决定于两个颜色的相对数量，其饱和度决定于二者在颜色顺序上的远近。

3.代替律：相似色混合仍相似，不管它们的光谱成分是否相同。 4.亮度相加律：混合色光的亮度等于各分色光的亮度之和。

利用如图2.1.-5所示的颜色环，可以比较直观地表达各种颜色的混合规律。按顺序把饱和度最高的谱色光和紫红色围成一个近似的圆环，每一颜色都在圆环上或环内占有一确定位置。白色位于圆心，颜色饱和度愈低，愈靠近圆心。颜色环圆心对边的任何两种颜色都是互补色，按适当比例混合是得到白色或灰色，例如，黄色与蓝色，红色与青色，绿色与品

红色。颜色环上任何两种非补色相混合，可产生中间色，它的位置在此两色的连线上。中间色的色调决定于两颜色的比例多少，并按重力中心定律偏向比重大的一色；中间色的饱和度决定于两色在颜色环的距离，二者距离愈近，饱和度越大，反之越小。互补色在色环上的距离被认为是最远。

还可以利用如图2.1-6所示的颜色三角形，简便地记忆相加混色和相减混色的规律。

相加混合

红＋青＝白 红＋绿＝黄 蓝＋黄＝白 绿＋蓝＝青 绿＋品红＝白 红＋蓝＝品红 红＋绿＋蓝＝白 相减混合

黄＝白－蓝 黄＋品红＝白－蓝－绿＝红 青＝白－红 黄＋青＝白－蓝－红＝绿

品红＝白－绿 品红＋青＝白－绿－红＝蓝 黄＋青＋品红＝白－蓝－红－绿＝黑色 二、三基色原理

三基色原理是指自然界常见的多数彩色都可以用三种相互独立的基色按不同比例成，所谓独立的三基色是指其中的任一色都不能由另外两色合成。三基色原理可用混色规律中的“中间律”证明：先让两种基色按不同比例合成出所有中间色，然后让第三基色与每一种中间色按不同比例再合成出所有中间色，这样三基色按不同比例就能合成出如图2.1-6所示的以三基色为顶点的三角形所包围的各种颜色。

在彩色电视中，经过适当地选择，确定以红、绿、蓝为三基色，就可以合成出自然界常见的多数彩色。三基色原理对彩色电视有着极其重要的意义，它传送具有成千上万、瞬息万变彩色的任务，简化为只需要传送三个基色图象信号。 三、相加混色的实现方法

为了实现相加混色，除了将三种不同的基色，同时投射到某一全反射面产生相加混色外，还可以利用人眼的某些视觉特性实现相加混色。

1. 时间混色法：将三种不同的基色以足够快的速度轮流投射到某一平面，因为人眼的视觉惰性，分辨不出三种基色，而只能看到它们的混合色。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。

2.空间混色法：将三种基色分别投射到同一表面上相邻的三点，只要这些点足够的近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨出这三种基色，而只能感觉到它们的混合色。空间事法是同时制彩色电视的基础。

3.生理混色法：当两只眼睛同时分别观看不同的颜色，也会产生混色效应。例如，两只眼睛分别戴上红、绿滤波眼镜，当两眼分别单独观看时，只能看到红光或绿光；当两眼同时观看时，正好是黄色，这就是生理混色法。 §2.2 颜色的计量系统

在2.1节中介绍了颜色的视觉理论，并从定性的角度介绍了颜色的混合规律。在实际工程中往往需要对颜色进行计量和对颜色的混合进行定量计算，CIE为此制定了一整套颜色测量和计算的方法，称为CIE标准色度学系统。其中，它包括好几种不同的计色系统。本节主要介绍物理RGB计色系统和XYZ计色系统。 2.2.1 RGB计色制与麦克斯韦三角形 一、配色试验

图2.2－1所示的比色计中有两块互成直角的白板（屏幕）将观察者的视场分为两部分，它们对所有可见光谱几乎全反射。将待配色光F投射到屏幕左边，三种基色光投射于屏幕右边，分别调节它们的强度，直到它们的混合光与待色光F的亮度完全一致为止。此时，整个视场将出现待配光的颜色。 二、三基色单位的选定

进行配色试验，必先选定三基色单位；根据不同三基色单位，可分为不同的计色制。在RGB计色制中，国际照明委员会（CIE）规定：把波长为700nm，光通量为1光瓦的红光作为一个红基色单位（或称单位量），用[G]表示；把波长为435.8nm，光通量为0.0601光瓦蓝光作为一个蓝基色单位，用[B]表示。比色计的读数将按基色单位[R]、[G]、[B]进行刻度，而不按辐射功率或者光通量刻度。 红、绿、蓝基色波长的选择，是采用汞弧光谱中经滤波后的单一谱线作为观标准的。它们容易获得，色度稳定而准确，配出彩色也较多。光通量如此确定就是使。 1[R]+1[G]+1[B]=白 （2.2-1）

此时，白的光通量等于5.6508光瓦。 三、配色方程与色系数

选定三基色单位后，就可以进行配色试验。对于任意给定的彩色光F，如果三基色调节装置中的读数分别为R、G、B，就可以写出配色方程 F＝R[R]+G[G]+B[B] （2.2-2）

上式中等式的含义是“可由.......混合配出”，式中R、G、B称为三色系数，它们之间的比例关系决定了所配色光的色度，它们的大小决定了所配色光的光通量： [F]＝（R＋4.5907G+0.0601B）光瓦

＝（R＋4。5907G+0。0601B）流明 （2.2-3） 在式（2.2－2�叮┖褪剑�2.2－3）中，F是代表具有亮度和色度的彩色光。[F]是代表彩色F的亮度，通常用光通量单位。由式（2.2－1）可推出 r[R]＋r[G]+r[B]= 白 （2.2-4）

因为在式（2.2－1）和式（2.2－4）中，两组三色系数的比例都是1：1：1，所以色度不变，都应配出等能白光E白，只是后者的光通量是前者的r倍。

如果用相互垂直的三个坐标轴分别表示三色系数R、G、B，则任意一个彩色F就能用三维空中的一个彩色矢量表征，如图2.2－2所示。

四、分布色系数与混色曲线

利用配色试验所得数据，常因人而异。因此，CIE推荐了一种国际通用的标准分布色系数数据，它是由很多正常视觉观测者的观测结果取平均所组成。所谓分布色系数是指辐射功率为1瓦（注意，不是1光瓦）波长为l 的单色光所需要的三基色的单位数，分别

用，和表示。若用表示辐射功率恒定为1瓦，但波长l 可改变的单色光，则

通过大量实验，CIE分别于1931年和1964年公布了两组分布色系数的标准数据。1931年的数据适用于1° ～4° 视场，1964年公布的数据适用于大于4° 的视场，表2－1列出了1931年CI公布的部分数据。根据表2－1绘制出分布色系数曲线（称为混色曲线），如图2.2－3所示。

从图2.2－3可见，每条曲线都有一段负值。其含义是：是可见光谱范围内，有些纯度很高的物理学三基色直接相加得到，必须将带负号的一个或二个基色搬到待配的半日单色光一边，才能使比色计两边的彩色完全相同。

若已知某彩色的辐射功率谱,求其三色系数时，可不必再进行配色实验，而直接根据CIE提供的分布色系数数据计算求出：

在上式中，若彩色光是等能白光，其功率常数，又所以 上式说明三条混色曲线下的面积是相等的。 五、相对色系数与RGB色度图

在许多情况下，只需要讨论景物与图象的色度，而不涉及其亮度。如前所述，色度只由三色系数R、G、B的比例决定，与它们的数值大小无关。为此，令三色系数之和为m 并令

显然上述式中，称为色膜，反映了色光的亮度；r、g、b称为相对色系数或色度坐标，它们的每一组数值都确定了一种颜色的色度。由于相对色系数r、g、b之和等于1。所以知道其中任意二个（例如r和g）就可以算出第三个（例如b=1－r－g）。因此，可以用r－g平面坐标作出包罗所有实际颜色的色度图，即RGB系统色度图。

图2.2－4是RGB色度图，首先确定三基色和标准白光E白的色度坐标，它们的坐标值如表2－2所示。

根据谱色光的分布色系数、、,可按下式 （2.2-1）

求出各谱色光的色度坐标值，如表2－1所示。在色度图中，谱色光的轨迹是一条舌形曲线，称为谱色轨迹。 g g b

红基色 1 0 0

绿基色