文档介绍：第一章光与人眼的视觉特性
电视就是依据人眼的视觉特性以一定的电信号形式来传送活动景像的技术。
一、光的特性
光学和电磁场理论指出:光是一种可以看得见的电磁波,它具有波粒二象性——波形性和微粒性。电磁波的谱极为宽广,它包括无线电波、可见光谱、紫外线、X射线和宇宙射线等,。
可见光谱的波长范围在380~780nm之间,随着波长的变化,人眼主观感觉随之变化,表现为两个重要特性:
1、不同波长的光具有不同的颜色。若光的波长从780nm依次递减变化到380nm,光的颜色红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,比780nm更长的电磁辐射是红外线,比380nm更短的电磁辐射是紫外线。
2、辐射功率相同但波长不同的光给人眼的亮度感觉不相同。
电子枪
单色光(谱色光):单一频率电磁辐射所发出的光称为单色光或谱色光,人眼对此感到的是一种单纯的颜色,称为单色或谱色。
实际上,一般光源不会发出纯净的谱色光,它们或者象日光和白炽灯光那样发出的是连续光谱的光,或者象高压汞灯那样发出具有若干条谱线的线状光谱的光。无论连续光谱光源或线状光谱光源,它们发出光都称为复合光。我们日常接触到的各色的光源或者由客观景物反射入眼睛的光线,均为复合光。
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光谱功率分布曲线:一种光源同时发射多种谱色光,那么在各个波长上将具有各自的功率。光源的光谱辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。光源的光谱功率分布可以用直角坐标上的一种曲线来表示。横坐标为光谱波长,纵坐标为辐射功率或相对能量。
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充气钨丝白炽灯(A光源): 波长越长辐射功率越大。
等能白光源(E光源): 可见光范围内辐射功率完全均匀。它发出某一种白色光。不过,等能白光源是假想的,这种光谱功率分布的光源在自然界中是不存在的,然而,它在彩色电视的色度计算中十分有用,是一个方便而有意义的人为规定的基准白色光源,简称为E白。
C光源和D光源分别是NTSC制和PAL制彩色电视照明光源。
C光源6770K
A光源2854 K
E光源5500K
D光源6500K
几种光源的光谱功率分布曲线
二、人眼的构造与感光机理
眼睛的外形是一个直径大约为23mm的球体,其水平断面,如图2所示。
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眼球由多层组成,最外层是较硬的膜,前面1/6部分是透明的角膜,光线由此进入,其余5/6部分为巩膜,作为外壳保护眼球。
角膜内是前室,含有水状液,对可见光是透明的,能吸收一部分紫外光。
前室后面是虹膜,其中间有一直径可在2~8mm间变化的小孔,称为瞳孔,相当于照相机的光圈,调节进入眼睛的光通量。
瞳孔后面是水晶体,它是扁球形弹性透明体,能起透镜作用,其曲率由两旁的睫状肌调节,从而改变它的焦距,使远近不同的景物都在视网膜上清晰成象。
水晶体的后面是后室,它充满了透明的胶质,起着保护眼睛的滤光作用。
后壁则为视网膜,它由无数的光敏细胞组成。光敏细胞按其形状分为杆状光敏细胞和锥状光敏细胞,锥状光敏细胞有700万个,主要集中在正对瞳孔的视网膜中央区域称为黄斑区。
黄斑区无杆状光敏细胞,越远离黄斑区,锥状光敏细胞越少,杆状光敏细胞越多,在接近加缘区域,几乎全是杆状光敏细胞。
锥状光敏细胞既能感光,又能感色。
杆状光敏细胞只能感光,不能感色,但感光灵敏度极高,是锥状光敏细胞感光灵敏度的10,000倍。
两类细胞有明确的分工:
在强光作用下,主要由锥状光敏细胞起作用,所以在白天或明亮环境中,看到的景象既有明亮感,又有彩色感,这种视觉叫做明视觉(或白日视觉);
在弱光作用下,主要由杆状光敏细胞起作用,所以在黑夜或弱光环境中,看到的景物全是灰黑色,只有明暗感,没有彩色感,这种视觉叫做暗视觉。
每1个锥状光敏细胞通过1根视神经与大脑相连;
数个杆状光敏细胞通过1根视神经与大脑相连;
视神经汇集视网膜的一点,此点无光敏细胞,称为盲点。
人眼的感光机理
感光过程大致分为四个步骤:
第一步:景物经过水晶体聚焦于视网膜形成“光象”;
第二步:光象在视网膜上点产生与光照度成正比的电位,即在视网膜上将“光象”变成“电位象”;
第三步:视网膜上各点的电位分别促使各对应的视神经放电,放电电流是振幅恒定而频率随视网膜电位大小变化的电脉冲。换句话说,视神经将视网膜的“电位象”按频率编码方式传送给视觉皮质。
第四步:视觉皮质通常接收到多达200万个频率编码的电脉冲信号,大脑综合的图像信息处理使人产生视觉,看到景物的图象。关于大脑综合的图像信息处理使人产生视觉还是一个谜,人们正处于研究与探索之中。
三、人眼的视觉特性
1、相对视敏函数
辐射功率相同波长不同的光对人眼产生的亮度感觉是不相同的。1933年国际照明委员会(CIE)经过