信息显示技术原理.pptx
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1、2024/9/6 周五电工学院光电工程专业1信息显示技术原理信息显示技术原理西安邮电学院电子工程学院光电专业2024/9/6 周五电工学院光电工程专业2第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1光度学基础光度学基础 2024/9/6 周五电工学院光电工程专业3第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素 2.1.1 光的特性电磁辐射波谱780nm380nm2024/9/6 周五电工学院光电工程专业4第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素彩色的描述:国际照明委员会(CIE)于1931年规定了A,B,C和E四种光源。A为钨丝灯额定光谱;为钨丝灯额定光谱;B近似为中午太阳光
2、的光谱;近似为中午太阳光的光谱;C相当于白天的自然光;相当于白天的自然光;E为假设的等能白光,就是当可见光谱范围内的所有波长的为假设的等能白光,就是当可见光谱范围内的所有波长的光都具有相等辐射功率时所形成的一种白光。光都具有相等辐射功率时所形成的一种白光。2.1.1光的特性光的特性2024/9/6 周五电工学院光电工程专业5第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1光的特性光的特性 光源的光谱特性描述:绝对黑体的热辐射作为光源的客观标准。当物体的吸收率=1时,则表示该物体能全部吸收投射来的各种波长的热辐射线,这种物体称为绝对黑体,或简称黑体(black body)。黑体是对热辐射线
3、吸收能力最强的一种理想化物体,实际物体没有绝对黑体。但在理论研究中可设计种种绝对黑体。例如:设有一个空心容器,器壁由不透明材料制成,器壁上开有一个小孔,这样即可构成一个黑体。因为当射线射入小孔后,将在空腔中进行多次反射,每次反射器壁的内表面就吸收一部份能量,若小孔孔径开的很小,远远小于容器的表面积。这样,射线即可认为被小孔全部吸收。小孔就可认为是绝对黑体。绝对黑体的发射率也为1。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业6第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1光的特性光的特性 1.光光的波长范围有限,它只占整个电磁波波谱中极小的一部的波长范围有限,它只占整个电磁波波谱中极小的一
4、部分。分。2.不同波长的光呈现出的颜色各不相同,随着波长由长到短,不同波长的光呈现出的颜色各不相同,随着波长由长到短,呈现的颜色依次为:呈现的颜色依次为:红红红红、橙橙橙橙、黄黄黄黄、绿绿绿绿、青青青青、蓝蓝蓝蓝、紫紫紫紫 3.只含有单一波长的光称为只含有单一波长的光称为单色光单色光;包含有两种或两种以上;包含有两种或两种以上波长的光称为波长的光称为复合光复合光,复合光作用于人眼,呈现混合色。,复合光作用于人眼,呈现混合色。太阳辐射的光含有各种单色光的波谱,给人以白光的综合太阳辐射的光含有各种单色光的波谱,给人以白光的综合感觉。感觉。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业7第二章第二章显示
5、参量与人的因素显示参量与人的因素2.1光的特性光的特性 4.太阳发出的白光中包含了所有的可见光,若把太阳辐射的太阳发出的白光中包含了所有的可见光,若把太阳辐射的一束光投射到棱镜上,太阳光会经过棱镜分解成一组按一束光投射到棱镜上,太阳光会经过棱镜分解成一组按红红红红、橙橙橙橙、黄黄黄黄、绿绿绿绿、青青青青、蓝、蓝、蓝、蓝、紫紫紫紫顺序排列的连续光谱,被分解之顺序排列的连续光谱,被分解之后的色光,若再次经过棱镜,就不能再分解了,这种单一后的色光,若再次经过棱镜,就不能再分解了,这种单一波长的色光称波长的色光称谱色光谱色光。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业8第二章第二章显示参量与人的因素显
6、示参量与人的因素2.1光的特性光的特性l太阳光谱辐射大部分为可见光,人恰恰对这部分电磁辐射敏感。l电视不但可以把视线不可及的景物变成可及的,还可以把视力不可见的变成可见的,如红外电视和紫外电视。l为了真实重现彩色景物需要研究光源。光源包括太阳光和人造光源。l彩色感觉是人眼主观视觉功能和物体、光源属性等客观条件结合的产物。同一物体在不同光源下可呈现不同的彩色。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业9第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素 2.1.1 光的特性 一般来说,某一物体的彩色化是该物体在特定光源照射下所反射(或透射)的一定可见光谱成分作用于人眼而引起的视觉效果。例如:一块布
7、受到太阳光的照射后,主要反射了蓝色光谱成分,吸收了白光中其余的光谱成分,就能引起人眼的蓝色视觉效果,引起我们说是蓝色的布。2.1.1 光的特性 彩色感觉既决定于人眼对可见光谱中的不同成分有不同视觉效果的功能,同时又决定于光源所含有的光谱成分以及物体反射(或透射)和吸收其中某些成分的特性。所以,同一物体在图同光源照射下人眼感觉到得颜色也有所不同。例如,在白炽灯下看蓝色的不,其颜色就不如自然光下那样鲜艳;而在暗室中用绿光光源照射蓝色的布,则为黑色,这是因为白炽灯光中蓝光成分较少,而蓝色的不完全吸收了绿色光谱的缘故。结论:结论:人眼的彩色感觉是主观(人眼的视觉功能)和客观(物体属性与照明条件的综合效
8、果)想结合的系统中所发生的生理物理过程,二者缺一不可。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业10第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.2光源光源一、一、色温色温的概念的概念定量地描述光源所发出的定量地描述光源所发出的白光白光的品位。的品位。绝对黑体绝对黑体指既不反射也不透射而完全吸收指既不反射也不透射而完全吸收入射波的理想物体。入射波的理想物体。色温色温当绝对黑体在某一特定绝对温度下,当绝对黑体在某一特定绝对温度下,其辐射的其辐射的相对光谱功率分布相对光谱功率分布与某一光源的光谱与某一光源的光谱相同时,则绝对黑体的这一特定温度就定义为相同时,则绝对黑体的这一特定温度就定义
9、为该光源的色温,单位是开(该光源的色温,单位是开(K)。)。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业112.1.2光源光源色温色温 就是光的颜色。黑体辐射温度就是光的颜色。黑体辐射温度,以开尔文表示(以开尔文表示(K K)低色温的是暖色,高色温的是冷色低色温的是暖色,高色温的是冷色2024/9/6 周五电工学院光电工程专业122.1.2光源光源显色指数显色指数 光源表现物体真实颜色的能力光源表现物体真实颜色的能力 0100;0100;白炽灯白炽灯 100 100显色指数显色指数CRI一只灯泡的显色指数是彩色物体被该灯泡发出的光照明时彩色被显现的真实程度。白炽灯泡和卤钨灯泡的显色指数被定义为1
10、00,而高压钠灯的显色指数为20,美标金卤灯的显色指数为65。下图显示用不同种类灯泡照明同样物体时的彩色效果。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业132.1.2光源光源一、一、色温色温的概念的概念2024/9/6 周五电工学院光电工程专业142.1.2光源光源一、一、色温色温的概念的概念色温色温CT当一个光源的颜色与完全辐射体(黑体)在某一温度时发生的光色相同时,完全辐射体的温度(绝对温度,开尔文,用K表示)就叫做光源的色温。完全辐射体的温度(黑体)是一个假想的理想物体。它即不反射,也不透射,能把投射在它上面的辐射全部吸收。黑体加热到高温就产生辐射。在800900K温度下,黑体辐射呈红色
11、,3000K时呈黄色,5000左右呈白色,在800010000K之间呈淡蓝色。低色温的光是暖色光,高色温的光是冷色光。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业15第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.2光源光源二、标准照明体和标准光源二、标准照明体和标准光源标准照明体标准照明体代表代表模拟模拟A色温于色温于2856K完全辐射体的光完全辐射体的光近日出或日落时之日光近日出或日落时之日光B色温约色温约4874K的直射阳光的直射阳光近正午之阳光近正午之阳光C色温约色温约6740K的平均日光的平均日光相似北方相似北方45度仰角之日光度仰角之日光D50色温约色温约5000K的日光的日
12、光印刷工艺用之标准光印刷工艺用之标准光D65色温约色温约6504K的日光的日光平均太阳光平均太阳光D75色温约色温约7500K的日光的日光相似北方天空之日光相似北方天空之日光2024/9/6 周五电工学院光电工程专业16第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.2光源光源lA白光源(2800K)lB白光源(4800K)lC白光源(6770K)lD65白光源(6500K)lE白光源(5500K)(等能白光:E白)2024/9/6 周五电工学院光电工程专业17第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础人眼的视觉生理基础2024/9/6 周五电工学院光
13、电工程专业18第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础人眼的视觉生理基础人的视觉系统对颜色的感知可归纳出如下几个特性:人的视觉系统对颜色的感知可归纳出如下几个特性:l眼睛可类比于一个摄像机。眼睛可类比于一个摄像机。l人的视网膜通过神经元来感知外部世界的颜色。人的视网膜通过神经元来感知外部世界的颜色。l每每个个神神经经元元或或者者是是一一个个对对亮亮度度和和颜颜色色敏敏感感的的锥锥体体细细胞胞,或或者者是是一一个个只只对对亮亮度度敏敏感感而而对对颜颜色色不不敏敏感感的的杆体细胞杆体细胞。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业19第二章第二章显示参量与人的因
14、素显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础人眼的视觉生理基础1.光谱光视效率光谱光视效率l光的度量是指用人眼的视觉度量光。光的度量是指用人眼的视觉度量光。l视觉效应是由可见光刺激人眼引起的。如果光的辐射视觉效应是由可见光刺激人眼引起的。如果光的辐射功率相同而波长不同,则引起的视觉效果也不同,不功率相同而波长不同,则引起的视觉效果也不同,不仅颜色感觉不同,而且亮度感觉也不同。仅颜色感觉不同,而且亮度感觉也不同。l在产生相同亮度感觉的情况下,测出各种波长在产生相同亮度感觉的情况下,测出各种波长光的辐射功率(),则:则:光谱光视效能:光谱光视效能:K()=1/()用来衡量视觉对波长为用来衡量视
15、觉对波长为的光的敏感程度。的光的敏感程度。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业20第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础人眼的视觉生理基础l当当=555nm=555nm时,有最大的光谱光视效能:时,有最大的光谱光视效能:Km=Km=K K(555)(555)l任意波长光的光谱光视效能任意波长光的光谱光视效能K K()()与与KmKm之比称为之比称为光谱光视效率(相对视敏度)光谱光视效率(相对视敏度),用函数,用函数V V()表示:表示:V V()=)=K K()/Km/Km l V V()也可用得到相同主观亮度感觉时所需各波长光也可用得到相同主观亮度
16、感觉时所需各波长光的辐射功率的辐射功率()表示:)表示:V V()=)=(555555)/()2024/9/6 周五电工学院光电工程专业214004005005006006007007000.20.20.40.40.60.60.80.81.01.0/nm/nm第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础人眼的视觉生理基础明视觉暗视觉19331933年国际照明委员会(年国际照明委员会(CIECIE)测得的明视觉与暗视)测得的明视觉与暗视觉的光谱光视效率曲线觉的光谱光视效率曲线光谱效率2024/9/6 周五电工学院光电工程专业22第二章第二章显示参量与人的因素显示参
17、量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础人眼的视觉生理基础2.光度学中几个度量单位光度学中几个度量单位l发光强度发光强度I,单位是,单位是cd,读作,读作坎德拉坎德拉光源在给定方向上发出波长光源在给定方向上发出波长555nm的单色辐射,且在此的单色辐射,且在此方向上的辐射功率为(方向上的辐射功率为(1/683)W/sr,则称该光源在此方向,则称该光源在此方向上的发光强度为上的发光强度为1cd。cd是是国际单位制(米国际单位制(米.千克千克.秒制)秒制)的一个基本单位。的一个基本单位。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业23第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.3人眼的视
18、觉生理基础人眼的视觉生理基础l光通量光通量:单位是:单位是lm,读作读作流明流明按人眼光感觉度量的辐射功率。按人眼光感觉度量的辐射功率。1流流明明等等于于发发光光强强度度为为1cd的的点点光光源源,在在1球球面面度度立立体体角内发射的光通量。角内发射的光通量。1lm=1cdsr波波长长555nm的的单单色色光光辐辐射射功功率率为为(555)=1W时时产产生生的的光通量为光通量为1光瓦。光瓦。根据坎德拉的定义,根据坎德拉的定义,1光瓦光瓦=683流明流明波波长长的的单单色色光光辐辐射射功功率率为为()瓦瓦时时,相相当当于于波波长长555nm的的单单色色光光辐辐射射功功率率为为()V()瓦瓦,光光
19、通通量量为为()V()光瓦,或光瓦,或683()V()流明。流明。2024/9/6 周五电工学院光电工程专业24第二章第二章显示参量与人的因素显示参量与人的因素2.1.3人眼的视觉生理基础人眼的视觉生理基础非非单单一一波波长长的的光光源源,其其发发出出之之光光通通量量,是是它它在在各各波波长范围所发出的光通量总和。长范围所发出的光通量总和。对于对于N个单色光个单色光1、2、N组成的光源,组成的光源,N=683(i)V(i)lm i=1 对于具有连续光谱功率分布密度对于具有连续光谱功率分布密度e()的光源,的光源,=683()V()d lm2024/9/6 周五电工学院光电工程专业25第二章第二
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