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第三章 视觉特性和彩色电视信号 3.1人眼的视觉特性 1.图像的对比度 对比度：指光源或发光面的最大亮度与最小亮度之比值。用下式表示 亮度层次：指画面最大亮度和最小亮度之间可分辨的亮度级差数，也称灰度层次 .亮度层次是图像质量的重要参数。亮度层次多，图像显得明暗层次丰富，柔和细腻；亮度层次少，图像会显得单调生硬。 2.视觉阈（Visibility Threshold） 人眼刚好分清两个相邻区域的亮度差别。这与人眼的分辨力有关。 人眼的分辨角：指刚能看出两黑点时，两黑点对人眼的张角。人眼分辨图像细节的能力称为分辨力，可用分辨角来衡量，分辨角的倒数为分辨力。它也反映了人眼的视力。 3.掩蔽效应（Masking） 背景亮度变化越剧烈，人眼的对比度灵敏度越低。 空间频率与视觉的空间频率响应 空间频率：在单位空间距离内，周期变化的次数。 表示亮度信号在X方向上的空间频率。 表示亮度信号在角度向上的空间频率。 涉及观察距离的空间频率 3.1.1亮度、彩色 光敏细胞按形状分：锥状和杆状细胞。 锥状：分布在视网膜的中心部分。既能感知亮度，又可感知颜色。 杆状：只能感知亮度。 视觉的时间域响应 视觉惰性 当一定强度的光，突然作用于视网膜时，不能在瞬间形成主观亮度感觉。 彩 色 视 觉 光的三个基本参量 亮度：光作用于人眼引起的明亮程度的感觉 色调：由吸收和反射，透射特性有关。 例如，某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占有优势，而其它成分被吸收掉了。对于透射光，其色调则由透射光的波长分布或光谱所决定。 饱和度：彩色光所程彩色的深浅程度（浓度）。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，颜色就越深， 或越纯 ；而饱和度越小，颜色 就越浅 ，或纯度越低。 高饱和度的 彩色光可因 掺入白光而降低纯度或变浅，变成低饱和度的色光。因而饱和度是色光纯度的反映。 100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光阴纯色光。色调与饱和度又合称为色度，它即说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。 人眼对闪烁频率的响应 请看动画： 视觉的彩色掩蔽效应 3.2图像的颜色基础 3.2.1三基色原理（格拉兹曼法则） 若适当选取三种基色，将它们按不同的比例进行合成，就可以引起各种不同的彩色感觉。 合成彩色的亮度由三基色的亮度之和决定。三基色必须是相互独立的。 相互独立的含义：任何一种基色不能由其他两种基色混合产生。 基于以上事实，有人提出了一种假设，认为视网膜上的视锥细胞有三种类型，即红视谁细胞、绿视锥细胞和蓝视锥细胞。黄光既能激励红视锥细胞，又能激励绿视锥细胞。由此可推论，当红光和绿光同时到达视网膜时，这两种视锥细胞同时受到激励，所造成的视觉效果与单色黄光没有区别 。 不同比例的三基色光相加得到彩色称为相加混色，其规律为： 　　　　红＋绿＝黄 　　　　红＋蓝＝紫 　　　　蓝＋绿＝青 　　　　红＋蓝＋绿＝白 C＝R×％＋G×％ ＋B×％ 此为相加混色 CMYK模型 （相减混色） 用彩色墨水或颜料进行混合，这样得到的颜色称为相减色。在理论上说，任何一种颜色都可以用三种基本颜料按一定比例混合得到。 用途：相减混色主要用于美术、印刷、纺织等。 这三种颜色是青色(Cyan)、品红(Magenta)和黄色(Yellow)，通常写成CMY，称为CMY模型。用这种方法产生的颜色之所以称为相减色，乃是因为它减少了为视觉系统识别颜色所需要的反射 光。 相减混色 3.2.2颜色空间 1、RGB模型 电视机和计算机显示器使用的阴极射线管(cathode ray tube，CRT)是一个有源物体。CRT使用3个电子枪分别产生红(Red)、绿(Green)和蓝(Blue)三种波长的光，并以各种不同的相对强度综合起来产生颜色，如图所示。组合这三种光波以产生特定颜色称为相加混色，称为RGB相加模型。 3.2.3 彩色空间的线性变换 YUV模型 在PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像。其是Y表示亮度，U，V用来表示色差，是构成彩色的两个分量。与此类似，在NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I，Q是两个彩色分量。 YUV表示法的重要性是它的亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立的，也就是Y信号分量构成的黑白灰度图与用U、V信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。 由于Y、U、V是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码。采用YUV模型的优点之一是亮度信号和色差信号是分离的，容易使彩色电视系统与只对亮度敏感的黑白电视机亮度信号兼容。 PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像 YUV U 信号：0.493（B－Y） V 信号：0.