光影的基本原理十篇

光影的基本原理篇1

关键词：狭义相对论；感觉经验；影响传递；变形；本质；自明

中图分类号：B01 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2014）02-0025-02

狭义相对论是现代物理学的基石之一，经受了大量的实验观察证实，在科学上他无疑是正确的。然而，自狭义相对论发表以来，初学者迷惑，掠奇者兴奋，一些物理专家研究虫洞一类的事物以期实现时间旅行，而2011年意大利的一个“奥佩拉（OPERA）”实验小组发现的中微子运行速度超过光速的观察结果虽然后来被证实是失误，但当时确实引起了很大反响，甚至有专家认为这动摇了爱因斯坦相对论的基石。难道狭义相对论真是掠奇者和期望回到过去者的天堂？难道他真的可能被一个实验结果所动摇？

问题出在哪里？以时间论，无论是迷惑于双胞胎佯谬，还是兴奋于高速运动时间变慢，并且进一步时间旅行的玄想，其实质都是起因于认为高速运动惯性系的时间比静止惯性系走得慢。然而，这实在是个天大的误会。狭义相对论从来就不提供不同惯性系间时间快慢的比较，它只提供不同惯性系间相互观察的结果。即：狭义相对论并没有得出高速运动惯性系的时间变慢了的结论，而只是认为静止惯性系的观察者观察到的高速运动惯性系的时间变慢了。根据“物理学仅（直接）关注感觉经验以及对它们之间的联系的理解”[1]，科学（或物理学）针对的是感觉经验。显然后者是科学的范围，而前者却超越了科学的范围。为了能探讨那些超过科学范围的命题，有必要用纯粹感觉经验的眼光回看狭义相对论，在此基础上在符合逻辑的前提下，做一点点超感觉经验的本质探讨，以期说明问题。

一、狭义相对论的本质

（一）初探本质

根据狭义相对论，相对运动的惯性系间对看，都可以观察到对方时钟变慢、尺子缩短了，对方物质的质量变大了。需要重视的是，时钟变慢、尺子缩短、质量变大等等这些都是指观察的结果。那么，A惯性系中的P事件是如何成为B惯性系观察者（或测量仪器）的观察结果的？显然，这是P事件传递影响的结果。传递影响离不开相互作用。B惯性系观察者的观察结果是A惯性系中P事件与B惯性系观察者（或测量仪器）间在相互作用中传递的P事件的影响。例如，我们观察某粒子在高速运动时的寿命，无任是测量一定时间后的数量变化，还是粒子经过的距离，其实质都是高速粒子与观察者（或测量仪器）相互作用的结果。

可见，狭义相对论就是研究不同惯性参考系间传递影响的理论。

既然是传递，就有可能失真或变形。

根据狭义相对论，不同惯性系间观察对方，都发现对方时钟变慢、尺子缩短了，对方物质的质量变大了。而不同惯性系观察同一个对象结果也不一样。

参考一个例子：相同大小的物体放在二个不同的地方，它们都观察到对方比自己小。

综合以上情况，有理由认为，所谓时钟变慢、尺子缩短、质量变大等等正是传递中变形的结果。物体并不因为处在不同惯性系其时空、质量有任何变化。所以：狭义相对论是研究不同惯性参考系间传递影响变形规律的理论。

其实在传递中变形的情况是很常见的，例：一根垂直向上的旗杆，由于一天中太阳的位置不同，旗杆在地上的影子长度也在变长变短。那么，我们为什么不直接承认我们观察到的时钟变慢、尺子缩短、质量变大等等只不过是“旗杆在地上的影子”？也许是我们难于正视这样一个现实：自认为宇宙最伟大、最智慧的人操纵着极端精密的观察设备，竟然是被“影子”完全覆盖着。

（二）基础原理的本质探讨

不同惯性参考系间传递影响的变形究竟是怎样实现的？这要从分析狭义相对论的基础说起。

光速不变性原理和相对性原理是狭义相对论的基础。当然，爱因斯坦将其作为原理提出完全符合物理学对理论简单性的要求。

既然狭义相对论完全建立在这二个原理基础上，而物理学仅针对感觉经验，因此任何本质的探讨只要其在感觉经验上的结果满足这二个原理，狭义相对论的所有结果都可保持不变。

当然，如果产生满足这二个原理的背后原因有很多可能，将会陷入无休止的争论而无实质意义。令人欣慰的是，以下对这二个原理本质探索的结果是唯一的，所以这里的探索就有了实际的意义。

相对性原理是说所有惯性系都等价，任何实验都无法发现所在惯性系在速度上的特别之处。若以感觉经验论（其基础是相互作用）就是，任何相互作用对任何惯性系中的物体在速度方面都一样。即，物体无论其运行方式如何，其感受到各方传递来的作用在传递速度方面各向同性并且相等。相互作用都来自基本相互作用，光（或电磁）是基本相互作用中的一种。因此，结合光速不变原理，可以说，所有基本相互作用传递到任何物体的速度都为光速。

那么这是怎样实现的？我们还是以光为例，为什么在观察层面显现似乎同一光线相对所有惯性系的速度都为C？如果我们超越断言式的原理来探求其本质，我们可以得到唯一的结论：不同惯性系观测到的光不是同一个光线，物体只能观察到相对其C速度的光。

对于不同惯性系观测来自同一光源的光，这里认为：真空中光源发出的光相对光源同时包含了各种速度的光，而每个惯性运动中的物体只能感受相对他在真空中以光速运动的光，即物体有选择光速的性质。如此，对于任何惯性运动中的物体来说，测量到的光速相同。这是符合感觉经验化的光速不变性原理的唯一本质解释[2]。

光源发出的光同时包含了各种速度合理吗？想想太阳发出的光包含各种颜色，同一光源向各个方向都发出光，那么这些光包含各种速度又有什么可惊异的！

物体有选择光速的性质合理吗？滤光镜有选择地透过某种颜色的光；收音机调整选择某频率的信号；而打靶时只有当子弹相对靶某一速度到达靶时，子弹才会正好镶嵌在靶上等等，可见选择是自然界最普遍的现象之一。

综上，将转化成感觉经验后探求到的狭义相对论的二个基础原理其本质是：物体无论其运行方式如何，在感受各方传递来的各种基本相互作用时，有选择地只能感受以相对速度为C传递的基本相互作用的影响。

由于其与狭义相对论的二个基础原理在感觉经验上等价，而物理学又是针对感觉经验的，所以可以由此在感觉经验上得出相同的结果。

但本文需要选择另一路径：以这里对狭义相对论的二个基础原理的本质解释为基础，选择几个典型内容做直接推演，由此在适当超感觉经验的范围内回看狭义相对论结果的本质。

（三）速度在测量中变形

为了本质探讨的需要，下面的对时、空、速度、质量等等都有观察量与实际量的区别。观察量是否就是实际量，或者他们间的关系怎样都需要证明来确认。

■

如图1：一列车以速率V0运动（此速率大小不作限制，是相对地面的实际运动速率。另设V为我们测量到的该列车运行速率。简单的考虑可以认为V与V0方向一致。）。列车地板上放置一只爱因斯坦光子钟，钟上发出一束竖直向上的光，被车顶的镜子反射回来，一个来回的走时为T0（另设T为地面参照系观察到的该事件的走时。）。

钟上发出的光包含各种速度，列车上看到的光是该光中相对列车为光速的那部分光，此部分光相对地面的实际运动速率为。

U0 =■ （1）

然而由于在地面参考系中的观察者只能感受到该光中另一部分：在地面参考系中传递的相对地面速度为C的光。正如地面上观察到的列车运动与列车实际相对地面的运动在方向上相同，同理，列车上看到的光子钟发出的光相对地面的实际运动方向与地面观察到的该光的运动方向一致。

由此可以计算地面上观察到的此列车的速率V。

■=■ V=■

将（1）式代入，得：

V=■ （2）

变换（2）式得：

V0=■ （3）

说明：从（2）式可见我们测量到的相对运动的速度并非实际的速度，而是相对运动实际速度的变形。实际速率V0并无任何限制，但测量到的速率V却上限于C。实际速率V0越大，测量到的结果变形也越大。对于希望超过光速以便回到过去的人们，在这里找不到任何支持。你可以以任意大的速度运动，但在别人的眼里你永远无法超过光速。就如一张纸可以画一个家的平面图，也可以画一个国家的地图，更可以将整个银河系全部画上。如果我们选择适当的变形方案（就如实际速度到测量速度的变形），我们可以在一张有限的地图上表现无限宽广的地域。有一种上海市地图就很有此灵气，离市中心越远变形比例越大。

（四）时间膨胀

继续（三）中的案例。根据以下二点：一是以列车与列车运动方向上地面的某点相遇为参考事件；二是观察者测量所在惯性系的时空为实际的未变形的时空，可以计算走时与地面参照系感受到的时间之间的关系。

V0*T0=V*T T=■

将（3）式代入，得：

T=■ （4）

说明：（4）式正是爱因斯坦的时间膨胀公式。但这里的含义是：虽然相互运动的俩物体的时间流逝的速度相同，但相互观察却发现对方的时间流逝变慢了。

（五）动量与动能

若一质量为m的粒子，实际运动速度为V0，测量到的运动速度为V，根据（3）式得到其动量。

p=mV0=■ （5）

可以看出（5）式的结论就是狭义相对论的结论。这正是狭义相对论力学的基础。而（5）式的前半部分p=mV0说明了即便在高速运动中牛顿力学――至少在动量上也能适合。也说明了动量的基础地位。

定义粒子所受力：F=dp/dt （6）

粒子动能的增加速度：dEK/dt=F・V （7）

将（5）、（6）代入（7），通过推演可以得：

EK=■-mC2=γ・mC2-mC2 （8）

其中：γ=■

看（8）式，爱因斯坦的质能关系式已呼之欲出。说明：从上面的讨论可知，高速运动物体的质量其实没有改变，我们观察到的质量变大确实是传递影响中的变形结果。造成这个变形的直接原因就是相对运动速度在观察中的变形。

二、经验体系与本质体系

狭义相对论说明感觉经验与本质一样也可以是一个自洽的体系。这是因为感觉经验都来自相互作用。一个感觉经验通过相互作用产生另一个感觉经验，由此可以产生环环相扣的自洽体系。这正是以感觉经验为对象的科学体系得以建立和发展的前提。

然而感觉经验体系的根基是断言式的，而本质体系的基础是自明的。这是二者的区别所在。

感觉经验体系由于其对象仅限于感觉经验，其基础必然也是感觉经验，必然没有自明的本质特征。尤其当作为感觉经验体系基础的感觉经验范围涉及存在的存在时，由于它们间直接的冲突，这个基础尤其显得突兀而令人迷惑。很多人认为正是时空使存在得以存在，而狭义相对论研究的感觉经验主要对象正是时空，这使狭义相对论令人迷惑和带给掠奇者以兴奋。

那么，自明何以本质？

自明是人的意识对意识内容的一种体验。它与意识内容有关，更取决于意识结构。何以我们体验到的自明性意识内容必然是引起该意识内容的对象确实拥有的本质。

意识与客体世界因相互作用而关联。根据分析，任何相互作用的二者一定拥有相同的基本属性组合（即存在得以存在的存在）。所以意识内容与客体世界拥有相同的基本属性组合。根据基本属性不被影响和掩盖的特性，意识对基本属性的体验正是基本属性自身[3]。由此，意识体验到的自明正是客体世界的本质。

可见，本质体系的基础确实是自明的。

如果将意识体验到的自明也作为感觉经验，并且作为最高级别的感觉经验来看待，科学也许最终能实现与形而上学的统一。

三、结语

本文以纯粹感觉经验的眼光审视整个狭义相对论为基础，在符合逻辑的指引下作适当的超感觉经验的本质探求。得出。狭义相对论的二个基础原理，光速不变性原理和相对性原理的本质是物体无论其运行方式如何，在感受各方传递来的各种基本相互作用时，有选择地只能感受以相对速度为C速传递的基本相互作用的影响。

狭义相对论本质上是研究不同惯性参考系间传递影响变形规律的理论。

甚至，我们测量到的相对运动的速度也是变了形的结果。实际相对运动的速度并无光速上限的限制，但其变形后的观察测量结果却因为受限于相互作用传递的速度而上限于光速。正如米级精度的工具在测量中无法得出毫米级的精度一样。

高速运动物体的时间流逝的速度、运动方向的尺子、物体的质量等等并没有变化，我们观察到其时钟变慢、尺子缩短、质量变大都是其影响在不同惯性参考系间传递影响变形的结果。而这个变形在很大程度上直接来源于观察中相对运动速度的变形。

本文也比较了感觉经验体系与本质体系的同异。

对狭义相对论的形而上学的探讨的意义何在？

若纯粹以实用来考量，我们生活在感觉经验中，作为感觉经验体系的狭义相对论已经完全满足要求。形而上学的探讨不会在感觉经验领域获得不一样的结果。但这并不能掩盖形而上学探讨的价值。仅从本文的尝试看，形而上学探讨帮助我们更清楚地认识理解科学理论；也更清楚地对科学理论定位；甚至在科学陷入自己建造的八卦阵时能协助指引正确的方向。

参考文献：

[1]爱因斯坦.爱因斯坦晚年文集[M].方在庆，韩文博，何维国，译.海口：海南出版社，2000：60.

光影的基本原理篇2

关键词： 食用菌；光；生长

中图分类号：S646 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.07.027

Effect of Light on the Growth of Edible Fungi

QIAN Lei， ZHANG Zhijun， ZHOU Yongbin， LIU Lianqiang， LUO Ying， LIU Jianhua

（Tianjin Institute of Forestry and Pomology， Tianjin 300384）

Abstract：Edible fungi was known as "health food" because it has high nutritional value， safe and no pollution. As one of environmental factors， light has a regulation effect on the growth of edible fungi. The effects of light of different wavelengths， illumination intensity and illumination time on the mycelial growth， primordium formation and fruitbody morphology were different. This paper summarized the effect of light on the growth and development of edible fungi， which would provide theoretical guidance for its high efficient industrial production.

Key words： edible fungi； light； growth

食用菌是一类可食用或药用的大型真菌，俗称蘑菇，其营养价值较高，具有高蛋白、低糖、低脂肪等特点。食用菌含有多种生物活性成分，如多糖类、蛋白类、黄酮类、萜类等，表现出抗氧化、降血糖、抗肿瘤、抗衰老、免疫调节等多种生物学功能[1]。随着人们生活水平的提高，对健康的需求越来越高，食用菌产品因其营养、保健作用及药用价值，受到广大消费者的青睐。

食用菌的生长发育包括营养生长阶段和生殖生长阶段，这2个阶段之间的转换主要通过环境因子的需求变化来实现[2-3]。光是食用菌生长过程中的一个重要因素，不同品种食用菌对不同波长可见光的反应各异，不同生长阶段对光质、光强的要求也均有差异[2-4]。

本文对食用菌光生物学的研究进展进行了综述，探讨了光环境调控在食用菌的生长发育和营养品质形成过程中的重要作用，旨在为食用菌工厂化高效生产提供理论依据，以促进食用菌产业的快速健康发展。

1 食用菌的光需求特性

1.1 平 菇

杨珊珊[5]对平菇见光适宜时间进行了初步研究，结果表明，当平菇菌丝体基本长满培养基时，及时给予散射光照，可以促进光反应，诱发细胞分化逐渐形成子实体原基，从而缩短生长发育期，提高子实体产量。范慈惠[6]研究了光对平菇菌丝体、原基、子实体生长的影响，结果表明，蓝光能够抑制菌丝伸长，促进原基分化，有利于子实体发育；500～1 000 lx光强下菌丝质量增长，原基分化较快，适合子实体生长；连续光照可以促进原基分化，每天光照5～10 h，以达到光促作用。

1.2 凤尾菇

杨珊珊[7]研究了不同光质光量对凤尾菇菌丝体生长的影响，结果表明，黑暗处理和30 lx的散射光照对菌丝体生长无显著影响，而60 lx的光照对菌丝体生长具有抑制作用；菌丝体在自然散射白光和绿、黄光下生长良好。杨珊珊等[8]研究了不同光质光量对凤尾菇子实体生长发育的影响，结果表明，当菌丝体基本长满培养料时，必须及时给予250～1 500 lx的散射光照，对子实体原基形成和正常生长发育有促进作用；黄、绿光和自然白色散射光有利于子实体分化，而红、蓝光对子实体分化具有抑制作用。

1.3 杏鲍菇

孙雅洁等[9]研究了不同光质对杏鲍菇原基形成、子实体形态和产量的影响，结果表明，红光处理原基形成最早、菇蕾形态最好，子实体菌盖较小，菇体形态正常；黄光、蓝光、白光和绿光处理，子实体菌盖普遍偏大；黑暗处理，原基形成较大的疙瘩状不分化。李巧珍等[10]研究了光照对刺芹侧耳子实体形态和产量的影响，结果表明，光质对刺芹侧耳总产量无显著影响，但蓝光处理子实体个体较大、外观形态较好（菇盖较大、较厚、颜色较深）、商品价值较高；采用1根LED条形灯照射6 h即可获得外观形态较好、单瓶总产量较高的子实体，增加光照强度和时间，子实体个体变大。张黎杰等[11]研究了光质对杏鲍菇子实体形态和产量的影响，结果表明，在子实体发育前期，蓝光对原基分化具有较强的促进作用，有利于诱导菇蕾形成和发育，同时对子实体生长发育和增产效果最显著，而白光处理的综合品质最佳。

1.4 蟹味菇

刘文科等[12]研究了LED光质对蟹味菇子实体生长的影响，结果表明，光质对子实体的高度和生物量均有影响。其中，白光和蓝光处理子实体的高度最高，其次依次是黄光、橙光和红光；而绿光处理子实体的高度重复间差异较大；同时，白光和蓝光处理子实体的生物量最高，显著高于黄光、橙光、红光和绿光处理。

1.5 绣球菌

应正河等[13]探讨了不同光质光量对绣球菌菌丝生长、原基形成的影响，结果表明，光照处理菌丝生长更浓密、更健壮，菌落更厚实，其中，红光对菌丝生长最为有利，光照强度为200 lx时，菌丝生长最好；而黑暗处理菌丝生长最快；光照处理有利于子实体原基形成，其中，黄光处理原基形成率最高，光照强度为400 lx时，原基生长周期最短，出菇同步性最好。

1.6 金针菇

张杨[14]研究了不同光照处理对金针菇子实体形态和产量的影响，结果表明，金针菇对光照条件要求不严格，光照或黑暗处理均能形成子实体和产生孢子，但是子实体形态和产量存在差异，其中，红光处理菌柄长、产量高，其次是黑暗处理，自然散射光处理菌柄最短，产量最低。刘明月等[15]研究了不同光质对金针菇子实体生长发育的影响，结果表明，光照处理有利于金针菇子实体原基提早形成，缩短生产周期，增加产量。黑暗处理不利于商品子实体的形成，且产量大幅度下降。综合考虑，以黄光、红光处理效果最佳。

1.7 香 菇

刘棣良[16]研究了不同光质对香菇生长发育的影响，结果表明，兰紫光对香菇子实体数量、出菇量有促进作用，与红橙光、白光处理有显著差异；在菌丝体发育的前10 d，黑暗处理有利于提高子实体数量和出菇量。张桂香等[17]研究了不同光强对金针菇、平菇和香菇生长的影响，结果表明，菌丝体生长需要较弱的散射光照，光照强度以20～100 lx 为宜；菇蕾形成期，光照强度对平菇和香菇影响不大，金针菇则需要1 000 lx以下的光照强度；香菇转色需要较弱的光照强度，以200 lx 以下最佳；出菇期平菇对光适应范围较广，香菇次之，金针菇较敏感，一般情况下，平菇在20 000 lx 以下、香菇在 10 000 lx 以下、金针菇在5 000 lx 以下，出菇比较理想，但以1 000～5 000 lx产最较高，菇质较好。

1.8 灵 芝

GEON等[18]研究发现，不同光质、光量的单色光对灵芝子实体典型结构的形成影响不同。PAOLA等[19]研究了不同光质对灵芝菌丝体生长和生物量积累的影响，结果确定了适于菌丝生长的最佳培养基和光质条件。田雪梅等[20]研究发现，灵芝MP-01菌株在黑暗条件下菌丝生长最佳，给予不同光质和光量的光照处理，对菌丝生长均有抑制作用。张伟等[21-22]研究发现，白光能够促进灵芝细胞生长、提高胞内多糖和灵芝酸产量，但抑制了胞外多糖的合成。

中国医学科学院药用植物研究所兰进研究员课题组深入研究了光质对灵芝生长及其活性成分含量的影响，结果表明，在营养生长阶段，光质影响菌丝体生长，蓝光有利于菌丝体生长代谢以及多糖和三萜的合成[23-25]；在生殖生长阶段，光质影响子实体和孢子产量，蓝光有利于多糖和蛋白质合成，但对子实体生长代谢具有抑制作用[26-27]。

2 结 论

随着人们生活水平的提高，对食用菌产品的质量要求不断提高，这对食用菌栽培技术的要求更加严格，因此，对影响食用菌生长的各种因素进行系统研究则非常必要。光作为关键的环境因素之一，不仅影响菌丝体和子实体的生物学特征，而且对食用菌的营养物质代谢、生理生化具有调控作用[2-3]。因此，了解光对食用菌生长的影响对于提高食用菌产品质量具有重要的理论指导意义。

目前，国内在光对食用菌生长影响的研究方面较为薄弱，大多数食用菌的光需求特性尚未明确，而且已有研究主要集中在光环境（光质、光强和光周期）对食用菌菌丝体、子实体生长的影响，而对食用菌生理生化、营养物质代谢的影响仍有待探讨，同时，光与其他环境因素间的交互作用需要深入研究。

我国食用菌物种资源丰富，其总产值在农业经济中居第5位。食用菌作为安全无公害食品，营养价值丰富，具有较高的食用和药用价值，不仅可以在室内进行人工栽培，而且可以通过发酵培养获得生物活性成分。因此，食用菌产业作为朝阳产业，能够带来广阔的社会效益和经济效益，在保障粮食安全、解决三农问题和保护生态环境等方面具有重要意义。

参考文献：

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光影的基本原理篇3

关键词 动画电影 色彩匹配 色彩校正

AbstractThe paper analyzes simply the importance and the work flow of the colour adoption and adjustment in special effection of animation movie and digital movie.

Key wordsanimation moviecolour adoptioncolour adjustment

“数字影视特效”本身是基于计算机的软硬件环境，运用计算机图形图像学原理和方法，将多种源素材（包括实拍的画面和计算机生成的画面）混合成单一复合图像的处理过程。多种源素材能否在色彩、运动、透视、素材锐度等方面达到真实统一将直接影响到影视作品的可信性，尤其对于影视艺术的最重要表现元素——色彩——的处理，更加直接关乎影视艺术表现的艺术性。因此对于任何一位数字影视特效制作者，无不深知色彩在整个影视特效制作环节中的重要作用。

一、动画电影与数字影视特效中的色彩匹配与校正

数字影视特效中的色彩调整主要分为色彩匹配和色彩校正，两者既有区别又有联系，在制作中有时又是相互叠合。因此对色彩匹配和色彩校正的探究，不仅对数字影视特效制作具有指导作用，还将对影视艺术提供一种新的创作可能。

在数字电影色彩的运用和创作方面，现代的数字电影制作者有很多新的认识。北京电影学院院长张会军教授在《电影摄影画面创作》中写道：“色彩的应用，实质是一种经验”。这种强调个人的经历和感受对创作的影响，是毋容置疑的。一个经验丰富的摄影师对色彩的敏感度，色彩捕捉能力通常强于初学者。但当进入数字影像制作时代，这种理念将无法指导数字化的影像后期制作。

数字影视制作中，相当多的问题需要数据化、需要量化，需要有明确的制作目的性，如果仍旧单纯套用经验进行制作，不仅很难达到作品的预期艺术性，同时还消耗了大量的时间和金钱。

数字影像的另一主要表现形式数字动画电影的色彩匹配与校正与数字影视特效又有很大的不同，动画电影的色彩处理更为突出色彩夸张及色彩造型。因此，本文在进行数字色彩匹配和校正方法研究的同时，更是想激发影视色彩处理的更多可能。

二、计算机中的色彩处理原理及色彩检测

人们对色彩是如此地敏感，计算机的色彩处理能力也越来越强，并早已实现了千万色的色彩再现，那么在影视创作中，如何在人眼的色彩感知范围内使计算机处理的色彩得到最大程度的艺术表现，对数字色彩处理有极其重要的指导意义。因此在探讨数字色彩匹配和色彩校正之前，我们先来了解一下人眼识别色彩的基本规律，以及计算机对色彩处理及检验的基本原理。

1. 人眼对色彩识别的一般规律

从原理上讲，单一波长的电磁辐射所发出的可见光称为谱色光或单色光。人眼对此感觉到的是一种单纯、鲜艳的颜色，可称为谱色或单色。但在自然界中，人眼所看到的各种光源发射出的可见光都不是谱色光，他们是由连续光谱或是线状光谱构成的，它们所发出的光线称为复合光。

无论谱色光（单色光）或复合光，都基于亮度、色调、饱和度三个参量得以描述。

亮度表示彩色光对人眼刺激的强弱，与进入人眼的色光所包含的能量有关。光源的发光强度越高和彩色物体表面的光谱反射率越高，物体的亮度越高。

色调是彩色之间相互差异的重要特征所在。可见光谱中不同波长的谱色光有不同的色调。人眼大体能分辨出200多种不同的的色调。

饱和度表征色彩的纯粹性，即某种色调的浓度、深浅程度。

正是由于人眼对不同颜色在识别上的差异性，因而在创作上，对于不同的颜色应该区别对待。例如：人眼对蓝色区域的饱和度分辨阀和色调分辨阀都是比较高的，在色彩的控制和处理上，蓝调的控制是比较容易的，而黄绿色调的控制是最困难的，稍稍不慎就会造成层次的丧失和色调偏离。

2.计算机中的色彩处理原理与监测

前面谈论了人眼对色彩识别规律，接下来我们探讨计算机中的色彩处理和监测的一些概念和方法，这将加深我们对数字色彩的认识。

计算机是通过数学的方式，经过程序计算形成图像。任何图像，不管它如何复杂，在计算机中都是像素的集合。

每一个像素的颜色都能单独设定。现行通用的PC对图像的设定是通过24位真彩色或更高位数来进行描述的。在表达彩色图像或黑白图像时，采用的是颜色通道（channel）的管理方式。

依据色彩理论，任何一个颜色都可以用三个独立的参数来描述。比如HSB模式、RGB模式、Lab模式、YUV模式。

数字色彩处理是直接对画面的原始色相、色度的修改。而最终效果的显现也依赖于数字显示设备才能查看、比如显示器、监视器等设备。由于各种色彩显示设备自身的色彩显示设置标准不同，因此各设备并不能完全做到检测效果的统一。比较常见的色彩监测设备有Luma WFM波形显示器、 Vectorscope矢量显示器、Histogram直方图显示器。

正是由于显示设备本身色彩管理与现实的限制，不能完全呈现出人眼所看到的全部色彩，而是进行了相应的色彩截取，从而使现实信息量得到最大程度的优化，并节省资源。

三、色彩匹配思路及实例分析

1．色彩匹配

在影视拍摄时，经常会遇到由于拍摄时地点、时间的不同、以及所用的胶片材料、灯光器材、光学镜头和曝光程度的不同，因此不同影像片断间的色彩值和色度明暗也存在很大差异。后期制作时为了使影片影调和谐统一，势必需要对影像素材进行色彩值、色度值的进行调整，使不同影像片断间仍然保持色彩的连贯性，这就是色彩匹配的传统定义。

在数字特效制作过程中，尤其数字特效合成镜头中，经常需要将多源素材（包括实拍的画面和计算机生成的画面）进行合成，多源素材之间的颜色、反差、质感等方面经常出现不匹配，因此需要对各元素进行不同程度的色彩调整，以便使合成镜头形成统一的画面风格和质感，这是数字制作中的色彩匹配。

而在动画电影中，为了表现动画特色而使用了大量夸张的色彩表现手法，此时的色彩匹配更多地引用了色彩构成的原理，更多的用色彩本身进行创作。在颠覆原有世界的色彩观的基础上，每一部动画电影都可以创造自己本身的色彩识别系统，从而表现自己独特的色彩性格。

2．色彩匹配的应用类型

在影视特技中的色彩匹配制作过程中，经常遇到的问题是如何将实景拍摄素材的相互匹配、三维制作素材与实景拍摄素材的相互匹配。因而大体上分为实景拍摄匹配和实景拍摄与虚拟背景匹配两种类型。

实景拍摄匹配主要处理一些由拍摄场地光源、拍摄时间、现场大气环境等因素的影响，而造成的素材间的色彩不统一。或者是基于演员在蓝/绿屏背景前实景拍摄与实拍素材结合时，由于蓝/绿屏背景素材与实拍背景素材间的色彩不一致而需要进行的色彩匹配。

实景拍摄与虚拟背景匹配，数字影视特效制作中，由于一些场景在现实中不存在或很难实现它，因此不得不用数字手段来创造它。因而需要将计算机生成的CG图像，和蓝/绿屏拍摄所得的实拍影像进行色彩上的统一调整，使观众看不出是由数字虚拟出来的画面。

3．色彩匹配思路解析

进行匹配的时候，将所需匹配的素材分为目标素材和源素材。目标素材与源素材要完全融合在一起，则需要将目标素材中的亮部、中间层次、暗部的色彩、亮度与源素材匹配一致，这也是色彩匹配的主体思路。因而在匹配制作之前，我们需要对目标素材与源素材之间的亮部、中间层次、暗部的色度进行比较，为后续制作提供匹配依据。

利用通过色彩吸管进行前后景的亮部、中间层次、暗部的色度比较。比较前后景暗部与亮部的色差，以及相应的r\g\b的色彩差异。（参见下图）

然后在色彩匹配制作中，通过对素材色调的整体匹配调整以及对亮部、中间层次、暗部色彩、亮度的分区域二级调整。

四、色彩校正的一般规律

色彩校正主要对同一部影片中的色调进行客观技术与主观艺术层面上的进行色彩校准。

客观技术层面的色彩校正主要是依据电影、电视色彩还原的相应技术指标参数的校准，对前期拍摄中的瑕疵如偏色、曝光过度等进行弥补，使前期拍摄的画面得到最大程度的色彩还原，以期达到电影、电视的画面播出的指标要求。

而主观艺术层面主要是基于影片整体基调、风格、情绪等因素对视觉色彩的调整。正如影片《三百斯巴达勇士》为了呈现出及具史诗感的惨烈历史时刻，影片影调运用了浓烈的史诗油画感觉，全片影调色彩的二次创作，给我们带来了一次全新的视觉感受。这也是色彩校正的魅力之所在。

影视画面的色彩校正主要就是对真实场景色彩的正确还原，并对前期拍摄中的瑕疵如偏色、包光、曝光过度等进行弥补，在数字色彩校正，则可对灰度、亮度、对比度以及在独立的RGB通道内，对画面进行像素级的修复。但是由于技术指标的限制等原因，要做到真实现场的色彩还原是不可能的。

因此画面色彩校正只不过是一种假象中色彩真实感，及给观众一种视觉上的色彩真实。但是作为数字调色师来说，在画面瑕疵得以修复的前提下，更加关注的是艺术化的画面色彩处理，通过画面色彩，控制画面情绪，形成影调风格，从而创造出影片整体的视觉效果和气氛，引起观众的视觉注意和心理感应，达到影像色彩的艺术“表现”。

因而，我们应从一个更高的角度来看待色彩校正这个问题，对于所要处理的影片类型不同，色彩处理的方法也要有所区别，对画面精修和处理的步骤与有所不同。而不是简单地进行色彩还原和修复，而是有目的地运用色调来吸引观众视线，发挥色彩的心理特征，将画面中最具美感、信息最为丰富的地方展现给观众，给观众带来视觉上的刺激和心灵的震撼。

在了解色彩处理上艺术“还原”与“表现”的关系，色彩校正的基本思路也就大致分为如下三个步骤：1：一级调色阶段，色彩整体还原阶段；2：二级调色阶段，细节调整，分色调整；3：艺术表现阶段。

对于不同的景别镜头，色彩校正时的侧重点也是不同。一般来说，远景重气氛，以整体环境氛围烘托出场景所要表现的气氛，突出主题所要塑造的情景。近景重层次，观众对于近景的物体会更为留意，要特别注意主体元素的色彩层次、质感、影调等方面的体现。上述是色彩校正的一般规律。

五、数字色彩处理对影视创作的影响

无论是电影之前的美术，舞台美术，还是现代的影视美术，造型、色彩、质感都是众多导演和艺术家孜孜以求，期望完美的。本系列论文分别从各个角度对现代数字工业下的动画电影和数字影视所苛求的各方面元素进行了详细阐述。

色彩匹配与校正是基于宏观几何模型造型基础上的艺术性表达。色彩在电影创作中的运用起到了跨时空进行空间色彩再创作的作用。

马克思说：“色彩的感觉是美感最普及的形式”。如果说影视作品的画面造形是以形动人的话，那么色彩则是以情感人，形色交融，色彩影片赋予了影视现代电影艺术对于色彩的运用已不仅仅是对外部世界作客观视觉再现的技术现象了，色彩开始以纯电影化的形式因素进入银幕世界，电影更多地利用色彩的本性进行视觉的诉说。

色彩能有力的表达情感，这一事实是无可非议的。同时一部优秀的电影中的色彩会返回给观众一种深刻的心理效应。从心理学角度看，色彩效应是指在色彩元素的作用下，人类通过脑神经对色彩效应的反应过程和思维内容想象在连续放映的过程中，观众对银幕色彩产生了不同的直观感受和情绪变化，不断地形成对人物内心世界的直觉思维。但银幕色彩有时写实，有时虚幻，有时两者融合出现，这样便形成了不同分格样式的影片及具有其自身特殊规律的色彩组合，因此便出现了色彩心理效应和视觉感知的不同功能。

所谓电影的色彩基调，是指为影视片的整体风格、类型建构，而在色彩造型与表现方面所作的基本调子配置的色彩。它是导演前期创意构思和后期视听语言合成时总体把握的产物。影视色彩创建应使影视色彩造形既有丰富而深刻的内涵意蕴，又有鲜明的视觉语言特征。

现代数字技术背景下，色彩再创作已经成为众多导演的必然选择。后期数字色彩匹配和校正不但降低了对传统诸如色片控制，色温控制的依赖，更是赋予导演更宽泛的创作空间。

而相对于动画电影，其本身就是色彩的创造。在以观众所体认的现实空间视知觉基础上，以独特的手法表现着自己的色彩空间。无论数年前的《怪物史莱克》；《汽车总动员》，还是新近荣获奥斯卡最佳动画长片的《料理鼠王》，以及提名的《冲浪企鹅》，其中对于颜色和光的运用已臻化境。《冲浪企鹅》中，对于海滩的色彩刻画，体现了浓郁的类夏威夷海岛风情，而在海面上冲浪时，阳光和海浪所产生的唯美色感，在动画片所特有的机位下显示出极强的视觉冲击力。片中主客观色彩交替、融合的色彩结构形式，建构起现实与梦幻交错的视觉节奏，使观众完全沉浸其中。

近些年来，数字化电影技术不断实现新的组合与突破，电影美术师可以通过 Discreet公司的Lustre 或Da vcihi等硬件设施，对影片的色彩、特技、剪辑产生全局性的个性化调整，可以对每一场的数字化镜头实现色调、氛围上的统一，可以将传统胶片扫描后经数字化手段实现对前期拍摄中的瑕疵与缺陷进行弥补。在2007年国产大片《集结号》中就在邀请韩国的团队进行场景搭建和爆破特效制作的同时，大量运用了数字调色技术。经过调整后的影片镜头都与实际拍摄的效果大相径庭，无论从色彩饱和度、画面精致程度，较之前都有了大幅度的提高。全片的画面与色彩达到空前的饱满与统一。电影美术师或者说画家们可以在“电脑”上直接将电影“画”出来。

通过对色彩匹配和校正，平衡和保持相同场景之内的和谐性，以及不同场景之间的连续性，甚至产生时空错觉，让一切源于现实，又超越现实。从此，“电影中的色彩不仅仅只是一种再现客观色彩的技术元素，在电影工业漫长的发展中，电影创作家们逐渐总结了以外在影片中运用色彩的经验，色彩开始以纯电影化的形式因素进入银幕世界。”

“色彩就是思想。”已经成为现实。

光影的基本原理篇4

（一）视界理论

视界理论是行为金融理论的基本理论之一，Kahneman和Tversky通过价值函数的引进对这一理论进行了严密和完善的表述，该理论否定了新古典金融理论的预期效用理论。Kahneman和Tversky的研究证明：其一，人们在风险条件下的选择过程分为编辑阶段和估值阶段两个阶段。其二，投资者的价值函数并不总是凹的，在某一基准点之上（获利区间）投资者的价值函数是凹的，此时投资者是风险厌恶的。在某一参考点之下（亏损区间）投资者的价值函数是凸的，此时投资者是风险偏好的。其三，人们对损失产生的负效用，大于同等金额的盈利产生的正效用。

（二）典型示范偏差

典型示范偏差理论，是1986年由A.Tversky和D.Kahneman的实验研究证明的，该理论指出：人们在对不确定性事件进行判断时不是以全部信息为依据，而是以事件发生时所伴随的部分典型信息为依据，推断预测事件进展和结果，并采取相应行为。投资者这种行为会导致金融市场“相反原理”、“反应过度”和“趋势追逐”等非理，造成股价波动。该理论否定了有效市场理论关于投资者都是理性人的假设，有效市场理论理性人的典型特征是投资者能够根据全部相关信息，对证券价格作出推断。

（三）锚定效应和保守主义偏差

锚定效应是指人们面对不确定事件进行判断时，某些特定的数值，如：股票的买入价格、以前某个时点的股票价格）会成为判断的参照值，而不是根据全部信息作出理性判断。保守主义偏差是指人们在对不确定事件进行判断过程中，当市场外在环境发生改变出现新的信息时，人们不愿因根据新的信息理性的更改他们现有的判断，采取合理的行为。保守主义偏差会导致固执效应和偏执偏差。固执效应是指人们对不确定事件进行判断时，一般会设定一个初始值，然后根据反馈信息对这个初始值进行修正。Robert（1998）指出，固执效应中投资者不是错误的解读新信息，而是忽略新信息，即对新信息视而不见。偏执偏差指的是行为人不但不根据新信息对原有的判断进行修正，而是片面地认为新信息是对其原有错误判断的新证据。

（四）机构投资者行为特征

行为金融学基于行为金融理论，证券市场上信息不对称状况的普遍存在性，及投资者认知上的偏差，认为投资者是有限理性的，个人投资者在投资行为上表现为：从众性、投机性、反应过度和反应不足等特征。机构投资者同样面临信息不对称的市场状况，领导者认知偏差等，所以机构投资者同样也表现为有限理性的行为特征。但机构投资者主要采取有组织的决策形式、通过投资组合分散风险，所以机构投资者和个人投资者的行为特征又完全一致。行为金融学研究表明机构投资者常表现为如下特征：其一，“有意识”的投机行为、市场操纵；其二，羊群行为和反馈交易策略；其三，窗饰行为。

二、研究思路

“阳光私募”是对中国目前存在的定期披露业绩的一类证券私募基金的俗称，特指借助信托公司平台发行，经过监管机构备案，资金实现第三方银行托管，有定期业绩报告，主要投资于证券市场，重点投资于股票市场的基金，阳光私募与一般私募证券基金的区别主要在于规范化、透明化。从目前中国私募基金的表现形式来看主要有证券信托计划、券商集合资产管理计划、基金公司特定客户资产管理计划和“民间私募基金”，其中证券信托计划对应业内俗称的“阳光私募”。在上述几类私募基金中，阳光私募无论从资金规模，还是影响力都占据主导地位，其发行运作方式与国外的私募基金，尤其是对冲基金极为相似，是未来中国私募证券投资基金的发展方向，其投资风格和行为模式对其它类私募证券投资基金具有一定的导向作用，因此“阳光私募”的投资行为可以作为中国私募证券投资基金的一个代表，以“阳光私募”作标的，从实证的角度研究私募基金的行为具有合理性。本文研究阳光私募的时间边界选取2007年1季度至2011年1季度之间，该时间段A股市场正好经历了一个上升到下跌的周期，因而该时间段的选择使得研究结论更具有普适性。本文主要通过对私募证券基金投资行为影响因素的Granger因果检验和协整检验，分析影响私募证券基金投资行为的主要因素及私募证券投资基金投资行为特征，从而提出有针对性的监管建议。

三、私募证券基金投资行为影响

因素的Granger因果检验

（一）时间序列变量的选取

本研究主要以Granger因果检验的方法对阳光私募投资行为与证券市场的因果性进行分析。私募证券基金投资行为与证券市场Granger因果检验的目的是检验私募基金是否存在反馈交易，反馈交易的影响因素是什么，以及私募基金的反馈交易对证券市场稳定性的影响。指标选取如下：1.阳光私募基金累计净值平均增长率。该指标是通过对市场上300多家阳光私募进行筛选，挑出10家投资期较长的，经历了中国股市牛市期、翻转期和熊市期的阳光私募，分别为中国龙1、中国龙进取、万利富达、Lighthorse稳健增长、东方港湾马拉松、亿龙中国2期、天马、尚诚、平安德丰、明达1，数据来源万维数据库WIND。文章截取从2007年第一季度至2011年第一季度的单位累积均值的季度数据，并分别计算增长率后，对以上10家阳光私募的单位累积均值增长率求算数平均数，意在去量纲化，作为反映阳光私募投资行为的主要指标。2.深证成指增长率。鉴于现实中阳光私募偏好投资深圳证券市场的特点，本文选取“深证成指”作为代表深圳证券市场表现的指标，并计算指数的增长率，参考时间序列的观测期与阳光私募单位累积均值平均增长率的观测期相匹配，即从2007年第一季度至2011年第一季度。3.上证综指增长率。上证综指作为常用的主要反映沪市甚至中国证券市场变化趋势的指数化指标也被本文纳入与阳光私募投资行为相关性研究的变量中。同样，计算上证综指的季度增长率，观测期与阳光私募单位累积均值平均增长率的观测期相匹配，即从2007年第一季度至2011年第一季度。4.中小盘指数增长率。中小盘股票由于本身流通股数较小，方便阳光私募在内的机构投资者进行“炒作”，也是阳光私募投资的重点之一。本文选取中小盘指数增长率作为反映中小盘走势的指标，并计算增长率去量纲化，观测期与阳光私募单位累积均值平均增长率的观测期相匹配，即从2007年第一季度至2011年第一季度。

（二）Granger因果检验分析

1.阳光私募单位累计净值平均增长率和深证成指的Granger因果检验。从检验结果可见（见表1），在5%的置信区间内，阳光私募累计净值平均增长率与深证成指互为Granger因果关系。这说明，阳光私募基金的投资行为对深证成指的走势有助长或助跌的作用；深证成指对阳光私募未来投资行为具有显著影响。2.阳光私募单位累计净值平均增长率和上证综指的Granger因果检验。从检验结果可见（见表2），F检验的概率值为0.4839（大于0.05），即在5%的置信区间内，上证综指的增长率不是阳光私募累计净值平均增长率的Granger原因。而在5%的置信区间内，阳光私募累计净值平均增长率是上证综指的增长率的Granger原因。这说明，阳光私募的投资行为在一定程度上影响了未来上证综指的走势，对其具有助长或助跌的作用。而上证指数不是阳光私募投资行为的主要影响因素，这是由于大多数阳光私募的投资重心在深圳证券市场而非上海证券市场。3.阳光私募单位累计净值平均增长率和中小盘指数的Granger因果检验。由检验结果可见（见表3、表4、表5），将中小盘指数的增长率和阳光私募基金累计净值平均增长率的Granger因果检验分别滞后2、3、4期后，在5%的置信区间内，二者互不为对方的Granger原因。鉴于阳光私募通常偏好于投资中小盘股票，因此不能以Granger检验的结果完全否认两者的相关关系。而且，二者的散点图表明了二者之间较强的线性关系（见图1）。

（三）Granger因果检验结论

综合上述检验结果，可得如下结论：结论1：阳光私募累计净值平均增长率与深证成指增长率互为Granger原因。这说明阳光私募的投资行为能显著影响未来深证成指的走势，同时，深证成指也显著影响阳光私募未来投资行为，深成指是影响阳光私募投资行为的重要因素之一。结论2：阳光私募累计净值平均增长率是上证综指增长率的Granger原因，而上证综指增长率不是阳光私募累计净值平均增长率的格兰杰原因。这说明阳光私募的投资行为能显著影响未来上证综指的走势，而上证综指的走势对阳光私募的投资行为没有显著影响，上证综指不是影响阳光私募的投资行为或反馈交易的重要参考因素。结论3：阳光私募累计净值平均增长率与中小盘指数间不存在Granger原因，但是二者间存在着显著的线性关系，一定程度上反映了现实阳光私募的投资偏好，阳光私募的投资行为更多地考虑小盘股效应，说明阳光私募的投机性较强。

四、私募证券基金的投资行为

多变量协整检验传统观点认为，机构投资者是理性的，其投资策略的选择取决于其对实体经济预期，当实体经济发生变化时机构投资者会对投资组合作出相应的调整。对阳光私募的投资行为进行多变量协整检验，目的是检验宏观经济因素与阳光私募投资行为之间的关系，考察宏观经济因素是否是阳光私募投资行为的重要参考指标，判断阳光私募投资行为，是更多地考虑宏观经济因素、实体经济因素，还是证券市场变化情况，采取反馈交易策略。

（一）研究思路及变量选取

1.研究思路。私募基金投资组合调整，必然反映到私募基金净值上来，基金净值是反映其投资组合的综合指标，因此本文选择基金累积净值作为衡量私募基金投资策略调整的指标，并考察基金净值的变化与实体经济指标的变化相关性。如果二者相关性强，说明实体经济因素是私募基金投资行为的重要参考指标；否则，说明基金选择投资组合时更多考虑市场环境本身，其行为倾向于反馈交易。这种反馈交易不是理性的价值投资行为，会随市场价格变化而随时调整，往往具有短期交易特征。2.数据及变量选取。本文选取标志实体经济变化情况的主要经济指标，及阳光私募累积净值增长率，时间序列为季度数据，自2007年3月到2011年3月，考察实体经济变化对阳光私募净值的影响，具体如下：Y——阳光私募单位累计净值平均增长率X1——国内生产总值（GDP）增长率X2——货币供应量（M2）增长率X3——消费价格指数（CPI）增长率X4——制造业采购经理人指数（PMI）增长率

（二）时间序列协整检验结果

首先，进行各变量时间序列的ADF检验，检验结果见表6。结果表明，阳光私募累计平均净值增长率和PMI增长率的时间序列是平稳的，而GDP增长率的时间序列是2阶单整的，CPI增长率的时间序列是1阶单整的。由于不满足多变量协整要求的单整条件，故阳光私募累计平均净值与GDP、CPI、PMI间不存在长期均衡关系，无法建立协整模型。

（三）协整检验结论

综合上述检验结果，可得如下结论：宏观经济因素不是阳光私募的投资行为重要的参考因素，具体表现为主要宏观经济指标趋势的变化无法显著影响阳光私募投资行为及策略的变化，说明阳光私募投资行为更多地考虑市场本身的因素，短期投资策略、反馈交易策略明显。这样的投资行为往往起到助涨、助跌、助长投资炒作的效果，不利于市场稳定，也不利于价值投资理念的形成，容易造成市场定价扭曲，市场效率低下。因此对阳光私募的行为加以正确的规范引导尤为必要。传统观点认为，宏观经济政策的调整通常被市场参与者认定为利好或利空，并以此对自身的投资行为和投资组合配置做出调整。然而上述检验结果从实证角度表明，阳光私募的投资行为不显著受到宏观经济指标变化的影响，即存在非理性的投资行为。

五、结论

1.结论1

私募证券投资基金的投资行为能显著影响未来深证成指的走势，同时，深证成指也显著影响私募证券投资基金未来投资行为，深成指是私募证券基金投资行为的重要影响因素之一；而上证综指不是私募证券基金投资行为或反馈交易的重要参考因素，私募基金的投资行为更多地考虑小盘股效应，说明其投机性较强。

2.结论2

光影的基本原理篇5

    1、 背投显示技术

    背投(Rear Projector)的定义是相对于传统的前投(Front Projector)而言的。二者的主要区别在于图像光线的来源方式。前投系统中，观察者和投影机位于反射屏幕的同一侧，投影机投射出的光线照射到屏幕后，再经过反射到达观察者；而背投系统中，观察者和投影机位于显示屏幕的两侧，从投影机发出的光线照射到半透明的显示屏幕上，部分透过后形成图像，所以观察者看到的是透射出来的光，其原理如图1：

    图1：背投原理图

    通常人们提到的多媒体投影机主要是指前投影机，与它们相比背投影的优势在于背投系统中投影机和屏幕是一个整体，用户使用时无需进行光学调整，像使用普通电视机一样简单。此外背投系统中光学投影机封闭在一个箱体内，投射到屏幕上的光线不会受到外界光线影响，因此在较暗或较亮的环境下都可以完好地显示图像。正是基于这些原理产生了背投电视，由于采用的不同的投影机种类，背投技术可以分为CRT(阴极射线管)、LCD(液晶)、LCOS(硅基液晶)、DLP(数字光处理)等几种。到目前为止，CRT背投电视的技术最为成熟，生产规模较大，性价比高，依然是国内背投电视市场的主流产品。但CRT背投是靠荧光粉发光，很难提升亮度，容易使显像管老化，时间长了，画面会变暗，清晰度降低。鉴于此，随着其他三种技术的逐渐成熟，市场必将重新分割，谁将占据未来市场的主流呢？下面我将分别介绍一下LCD、DLP 、LCOS三种背投电视投影技术。

    2、 LCD背投技术

     LCD(Liquid Crystal Display)背投的成像方式为穿透式，成像器件为液晶板，是一种被动式的投影方式。它利用外光源（金属卤素灯或UHP灯），因此只要提高灯泡的功率就可以提升亮度。它利用比较成熟的液晶投影技术，色彩还原性好，亮度和对比度都优于CRT背投。随着技术的不断发展，目前困扰业界的灯泡寿命问题，也将得到较好的解决。目前LCD背投没有成为市场主流的原因主要在于其高成本。此外LCD背投，限于其工作原理上的原因，它的开机预热和关机后散热都需要时间，不能做到CRT背投那样随开随关。

   LCD 投影机按照液晶板的片数分为三片式和单片式。目前，三片式投影机是液晶板投影机的主要机种，其原理示意图如下：

    三片式LCD板投影机原理是光学系统把光源发射的强光通过分光镜形成R、G、B三束光，分别透射过R、G、B三色液晶板；控制信号源经过A/D转换调制后，加到液晶板上，通过控制液晶单元的开启、闭合，从而控制R、G、B三色光路的通断，然后三色光经过合色光路，在合色棱镜中汇聚，最后经透镜投射后，在屏幕上形成彩色图像。

    3、 DLP背投技术

    DLP（Digital Light Processing）指数字光处理技术，这种技术要先把影像讯号经过数字处理后再投影出来，其投影显示质量很好。与LCD背投的透射式成像不同，DLP为反射方式。其系统核心是TI（德州仪器）公司开发的数字微镜器件—DMD（Digital Micro mirror Device），DMD是显示数字可视信息的最终环节，它是在CMOS的标准半导体制程上，加上一个可调变反射面的旋转机构形成的器件。通常DMD 芯片有约130万个铰接安装的微镜，一个微镜对应一个像素。DLP背投的原理是用一个积分器（Integrator）将光源均匀化，通过一个有色彩三原色的色环（Color Wheel），将光分成R、G、B三色，微镜向光源倾斜时，光反射到镜头上，相当于光开关的“开”状态。微镜向光源反方向倾斜时，光反射不到镜头上，相当于光开关的“关”状态。其灰度等级由每秒钟光开关，开关次数比来决定。因此采用同步信号的方法，处理数字旋转镜片的电信号，将连续光转为灰阶，配合R、G、B三种颜色而将色彩表现出来，最后投影成像，便可以产生高品质、高灰度等级的图像。

    目前DLP的投影机主要有单片DMD机、双片DMD机和三片DMD机。根据各自不同的特点，有着不同的应用。其中单片式主要应用在便携式投影产品，双片式应用于大型拼接显示墙而三片式主要应用于超高亮度投影机。一般DLP背投电视有普通彩电4-5倍的清晰度，而且有着高亮度、高对比度的优势，可达到1000：1的对比度。此外，由于数字技术的采用，使图像灰度等级提高，图像噪声消失，画面质量更稳定。但是，德州仪器公司目前是全球DMD芯片的惟一制造商，造成投影机的供给领域薄弱，核心部件供应量不足，成品率较低，价格昂贵，因此在一定程度上限制着这一产品的发展,此外从长远看DLP投影技术在超高分辨率（2000线以上）方面受到制约。

    4、 LCOS背投技术

    LCOS（Liquid Crystal On Silicon）技术结合了半导体与LCD技术，其光学成像原理与DLP同为反射方式。与前述两种背投技术相比，优势在于高解析度、高亮度的特性，而且结构简单，成本降低潜力大。虽然在目前的背投应用方面，相对于流行的LCD技术及近期热门DLP投影技术而言，LCOS仍不能与其抗衡，短期内在这三大技术中暂时屈居第三，但是LCOS仍是相当被看好的、最具潜力的投影技术，随着其光学投影系统在重量、亮度上的不断改善，必将在背投电视市场占据显赫地位。此外，就我国高端背投彩电切入点来说，要建立自己的技术优势，LCOS技术是目前的首选。由显示面板来看，在LCD技术领域日、韩占据着相当大的优势，我国台湾地区也只是占据了部分中、低端市场，DLP技术更是由TI独家控制着其核心器件DMD。而LCOS技术尚未成熟，此时开发LCOS，将有机会摆脱在LCD、DLP投影技术上受制于人的情况，因此可以说LCOS是我国在高端彩电技术上取得领头地位的机会。目前我国台湾地区厂商在LCOS技术开发方面相当积极，联电所主导的LCOS联盟已经比较引人注目。HDTV的推广应用，必将加快LCOS产业化进程。

    LCOS显示面板其中一面以CMOS芯片为基板，无法让光线直接穿过,因此采用穿透式成像方式，因此其背投光学系统和LCD背投影机便产生了区别。通常LCOS光学系统中需要利用偏极化分光镜（Polarization Beam Splitter: PBS）, 将入射LCOS面板的光线与反射的光线分开。PBS是由两个45度等腰直角棱镜底边粘合的而成的棱镜，当非线性偏极化光入射PBS时，PBS会反射入射光的S偏振光（垂直入射线平面），并且让P偏振光（平行入射线平面）通过。关于LCOS光学系统技术仍在起步阶段，所以IBM、ColorQuad、Philip、Hologram等多家厂商都开发了不同的LCOS光学引擎架构。但主要可分为单片式和三片式两大类，如下：

    1）、单片式

    单片式LCOS Color Wheel光学引擎示意图如下，R、G、B色环快速旋转将来自光源的白光分成循序的红、绿、蓝单色光。这三原色光与驱动程序产生的红、绿、蓝画面同步，便形成分色影像。频率足够快时，由于人眼视觉暂留的特性，观察者便可以看见彩色的投影画面。单片式光学引擎占用空间相对小，仅需一片面板，系统架构比较简单，因此在成本上具竞争优势。然而目前在技术上也面临一些困难，以Color Wheel而言，白光经过偏极化后，亮度明显降低，能量仅仅剩余1/3。此外，由于LCOS面板要在红、蓝、绿画面快速的切换下合成影像，对面板反应速度的要求更高。目前类似的技术有：Displaytech的Field Sequential Color结构、Philip的Scrolling Color-Rotating Prism结构、以及JVC的Spatial Color –Hologram结构。

    2）、三片式

    三片式LCOS光学引擎是目前市场采取的主要方式。这里以笔者曾经调试的一套三片式LCOS光学引擎为例，介绍一下光路。以UHP灯泡为光源，光线首先经两重复眼透境使光线均一化，然后经过一层PBS棱镜和透镜，接下来经红、蓝、绿三色光的分光光路，再分别将光束投射入到三片LCOS面板，反射的三色影像经过合色系统形成彩色影像，投射到屏幕。此系统中，用到了4个方棱镜、4个PBS棱镜、以及两个复眼透镜、和几个反射镜。由此可见三片式LCOS光学引擎除了需要三片面板外，还需要结合多项的分色、合色光学系统，因此体积较大、成本也较高。但是可以达到较高的光学效率，LCOS投影技术中，其面板的下基板采用CMOS基板，其材质是单晶硅，拥有良好的电子移动率，而且单晶硅电路能做得很细，因此容易达到高解析度。此外，LCOS为反射式成像，不会像 LCD光学引擎因光线穿透面板而大幅降低光利用率，因此有很高的光利率，可以较少耗电产生较高的亮度。并且具备高画质的特性，因此主要是朝高阶的专业用途发展，目前，三片式光学引擎还有ColorLink采用的ColoRQuard架构、Philips的Prism架构等。

    在此再简单介绍一下LCOS显示驱动的特点。LCOS显示技术中需要一块内建DRAM的图像控制芯片，主要包括脉冲时钟发生器、行驱动电路（移位寄存器和buffer）、列驱动电路（移位寄存器，buffer，锁存器）、D/A转换器和有源象素矩阵几部分。采用有源矩阵结构猪层写入数据，对于每个象素，其工作状态相当于静态驱动，这样对比度较高，几乎没有Cross-talk。而其灰度等级由所加的脉冲宽度决定。每一个象素对应一个开关，并且在驱动芯片中一般占用四层金属，其中下面两层金属用来走线，在上面实现行和列方向的驱动电路连接；上面两层金属用来做光屏蔽 和反射面电极。视频工作原理如下图：每个象素是由一个MOS管和一个存储电容组成。MOS管的宽长尺寸主要考虑馈通对电路逻辑性能的影响，存储电容（图中Cs）的容值由液晶的漏电常数和液晶自身电容值（图中Clc）决定。

    驱动电压方面，采用了“逐场倒相”方式，把交互式电压加到液晶单元，防止在单方向电场作用下，液晶分子极性化，电场取向特性实效。具体操作过程是在第一场信号后，翻转数据线的脉冲波形，把正脉冲信号变为负脉冲信号，而保持扫描脉冲信号不变。对液晶及其存储电容进行充电时，为了省电我们在电路设计时选用了线性斜波的充电方式电。

光影的基本原理篇6

【关键词】光纤测井；分布式光纤测温系统；F-P；FBG；复用；干扰

1.引言

在油田开发过程中，为提高油藏最终开发效果、保证稠油稳产，须了解油藏的温度、压力动态，SAGD油井，井下温度为可达到300℃，传统的井下电子计在高温、高压等恶劣的环境下，无法满足井下温压测量的需要[1][2]。光纤传感器本身既是传感介质又是传输介质，且本征安全，抗干扰能力强，最重要的是能够实现空间分辨率为1米全井段测温且能够实现在恶劣条件下的温度(小于300℃)、压力采集，特别适用于油井井下的长期连续监测及完井测试、中途测试、主产层监测等特殊井的测井需求。

2.光纤测温原理

分布式光纤测温，是利用光时域反射技术和光纤背向拉曼散射温度效应。拉曼散射包括Stokes和Anti－Stokes，其中Anti－Stokes与温度有关，受温度调制，温度越高，Anti－Stokes强度越大。应用Anti－Stokes与温度有关而Stokes基本与温度基本无关的特性，可以从Anti－Stokes光信号中解调出温度信息。

其中Stokes光强：

[3] (1.1)

Anti-Stokes光强：

[3] (1.2)

式中，，分别为Stokes和Anti-Stokes波长，h为普朗克常数，C为光速；为玻尔兹曼常数；T为绝对温度。

[3] (1.3)

只需对光纤测温系统进行基准值标定、比例系数标定即可。

3.光纤EFPI测压解调原理

现场所使用的F-P的解调方式为条纹计数法进行解调，光谱接收设备采用sm125，波长扫描范围1150～1590nm，波长扫描步进值为2pm。由EFPI为低精细度(R≈4%)测量原件，传感器端面反射率R较小：

[4]

(2.1)

其中R为干涉腔的两个光学平面的光强反射率，I0为宽谱光源的入射光强，L为F-P腔长。由上式可知当时，波长对应的光强为极大值；当时，波长对应的光强为极小值。对于某一干涉级次m(对应波长)及相邻级次m-1(对应波长)，可计算出腔长L：

[4]

4.光端机系统

分布式光纤测温系统，最主要的设备为DTS主机系统的数据采集与处理部分。基本原理框图及器件图如图1所示。

5.现场问题情况提出与分析

5.1 现场应用连接

由井底到井口分别为F-P压力传感器，FBG光纤温度传感器，高温光纤，1×2光开关，光开关出口分别接光端机和sm125以进行温度解调及单点温、压解调，如图2所示。

2011-4-15进行分布式光纤与光纤压力计入井。在井口预留30米进行水浴标定，以确定基准值(基准值与现场光纤熔接有关)。基准值值标定好后，井底所对应的温度为198.26℃，此时光纤压力传感器测得的温度为198.4℃，压力为1.658MP，井口预留光纤所测温度与水浴箱实测温度相同，且井底最末端高温光纤所测温度与光纤压力计所测温度基本相同，证明此时现场光端机所调基准值准确，DTS设备与光普解调设备切换工作正常，如图3所示。

由于现场发现，光端机出口位置有大幅度的振荡波形，在2011-4-15　15：23：23进行光纤接头去污，去污DTS所测曲线图如图4所示：

明显看出光纤出口位置清除良好，已无污垢引起的振荡波的出现，但发现去污后，井底末端高温光纤所测温度由198.26℃变为227.23℃，而此时光纤压力传感器所测的温度为198.30℃，井口标定处（总长30m）光纤所测温度为70.76℃，而恒温箱实测温度为60℃，后续又进行了多次井口水浴温度调整，以确定光端机基准值，但都无法实现井下最末端光纤所测温度与光纤压力计所测温度相对应，测试过程被迫终止。

5.2 问题分析

5.2.1 光端机出口处污物（接头未对准）对光端机测温影响

图5、图6为同一台光端机不同污染（接头未对准）状态下测得温度曲线图。

由图5、图6可知，光端机出口处污物（未对准）对光端机整体测温无影响，不会影响光端机测温拟合曲线倍率值。其光端机出口处污染相当于加入了一个熔接点，只会影响基准值（曲线整体抬升高度）。

5.2.2 F-P压力传感器对分布式光纤测温影响

由于F-P压力解调采用光谱接收设备sm125，扫描波长范围为1510-1590nm。当光端机进行全井段光纤测温时，1×2光开关切换到光端机，此时光端机向光纤发射中心波长为1550nm的窄带脉冲光（脉冲宽度为8ns）。经光纤反射回的光信号，经分光器将背向散射光分配到Stokes通道和Anti－Stokes通道，Stokes通道的光，经中心波长为1660nm的光滤波器，滤除其它频率的杂波。分配到Anti－Stokes通道的光强，经过中心波长为1450nm的光滤波器，光端机测温时，光纤底端的F-P腔相当于工作在窄带光源条件下，此时F-P输出光强信号为：

(4.1)

其中（中心波长＝1550nm）为窄带光源光强，为F-P的反射光强，反射光强与腔长L呈周期为：

(4.2)的余弦函数，但所有F-P反射光强的波长全部为1550nm，即F-P反射光强不会进入Stokes和 Anti－Stokes通道，不会影响光端机测温。又因为光纤背向反射光强为nw级，而FBG、F-P的反射光强都为uw级，即F-P的反射光强是光纤背向散射光强的1000倍左右，则在光纤末端应该有非常大的温度上跳，而实际测温曲线表明(如图3所示)，断线检测前无大幅度温度上升现象，即实测图像上证明F-P的反射光强不会对DTS测温产生影响。

5.2.3 光纤底端的FBG对分布式光纤测温影响

光纤底端FBG制作成为中心波长为1511.8nm的FBG，即0-300℃温度变化而引起中心波长2nm的偏移。光端机测温时，FBG反射波长为1511.8nm，反射光经过Stokes、Anti－Stokes通道时，中心波长为1511.8nm的光被滤除(无法通过光滤波器到达光端机)，即FBG不会对DTS测温造成影响。

5.2.4 分辨力确定

系统空间分辨率是指，系统对沿光纤长度分布的温度场进行测量，所能分辨的最小空间距离[5]。系统的空间分辨率主要是由OTDR测距原理、光电转换电路响应速度、A/D响应速率所决定。根据OTDR测量原理，当输入光脉冲宽度时，在理论上可以得到空间分辨率无限小，然而实际应用中无法实现光脉冲宽度趋于零[6]。由[7]，其中为光脉冲宽度，为光在光纤中传输速度，，可知m。即：即使底端F-P对高温光纤测温存在影响，最多影响光纤底端以上0.8196m，即最多只影响测温光纤的最后一个温度点(使其上翘)。

6.问题结论及后续处理

2011年12月28日应用另一台光端机，对同批次入井光纤进行重新标定后，确定基准斜值为530，基准值为-11。进行现场试验，实测温度曲线为如图7所示，光纤压力传感器所测数据如图8所示，此时光端机所测光纤最底端温度与光纤压力传感器所测温度相对应，井口预留30m光纤所测温度与实际环境温度相符，证明光端机全井段测正常，光纤压力传感器、光纤温度传感器测压、测温正常，两系统切换工作正常。

经以上分析发现，应用同一根光纤可以实现分布式光纤测温、底端FBG单点测温、F-P单点测压。出现光纤测得最底端温度与光纤压力传感器测得的温度不对应的现象原因为：光端机在实验室标定过程中，本身标定各参数不够准确（即倍率系数值不够准确），而非底端F-P对DTS测温产生影响。

7.总论

本文从现场使用过程中出现的问题出发，理论与实际曲线上证明了，分布式光纤测温系统与FBG光栅测温、F-P测压系统相切换，可以现实在同一根光纤上，进行全井段的分布式光纤测温与单点测温、测压，两系统之间互不影响。

参考文献

[1]张建华.高温稠油井温度压力光纤传感监测系统[J].测井技术,2006,30(3):243-245.

[2]马丽勤,黄彦.S AG D高温油井光纤F-P测压系统研究与应用[J].特种油气藏,2009,16(4):87-89.

[3]刘扬,侯思祖.基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的分析研究[J].电子设计工程,2009,17(1):23-25.

[4]倪小琦.光纤MEMS法布里－罗珀压力传感器的解调和复用[D].南京市:南京师范大学,2007.

[5]史晓峰,李铮,蔡志权.分布式光纤测温系统及测温精度分析[J].测控技术,2002,21(1):9-12.

[6]张达伟.光纤测温系统信号处理方法的研究与实现[D].大连市:大连理工大学,2008.

光影的基本原理篇7

在记忆中，7年前出现在《微电脑世界》编辑部的一台明基LCD显示器(显示面板好象是14英寸)，是笔者所亲历的第一款平板显示设备。

虽然这是一款远在LCD普及之前的早期产品，在亮度、对比度、色彩表现、可视角和响应时间等方面均无法与当今任何一款最普通的LCD显示器相比，而且对于已习惯了球面CRT显示器的一双眼睛来说，它略微内凹的显示错觉让人多少有些不舒服；但其轻薄的机身与CRT之间的巨大反差，给笔者带来一种前所未有的轻松感。

CRT显示器厚重的机身对桌面空间的严重贪噬给人造成的压抑，转瞬间经由LCD得以释然――这大概就是5年前本刊封面评测报道以“进军液晶时代”为题发出呼吁、而后LCD显示器市场果然以势如破竹之势走进千家万户的一个最根本理由！

笔者始终坚持这一观点。相比而言，机身的轻薄带来的空间轻松感，是LCD将已流行数十年的CRT在5年内迅速挤出桌面显示领域主流的真正“杀手”。

至于LCD在高分辨率、低辐射、低功耗等方面的优势，在总体上经常不是最拿得出手的项目，因为就其他多项关键的显示性能和技术指标上，LCD还处于不断追赶CRT这一成年老大哥的征程上。

其中最重要的有：LCD难以匹敌CRT的综合色彩表现能力(还原真实度、饱和度、灰阶表现能力、暗部细节、对比度)；LCD努力了许多年而至今尚未完全克服的画面拖影现象；LCD面板的成本、良品率和寿命问题，等等。

LCD虽然受命于时代之托，率先在计算机桌面显示领域完成了逐步取代CRT技术主流的任务，但它“前有狼，后有虎”。

在显示性能上它不仅与CRT还保持着较大的差距，而且在同时代的平板显示技术上，还有PDP、背投等(主要在大屏尺寸上)与其有较激烈的竞争与市场分羹；更有甚者，SED/FED、OLED等全新的下一代显示技术也分别将在大屏尺寸、中小尺寸上对LCD形成强烈的冲击。

那么，才刚刚接受了LCD显示器没多久、并正热切期待LCD电视机的消费者，以及对LCD生产线投资了动辄数十亿美元而尚未赚回本或赚够钱的业界厂商们，各自将如何容忍、应对LCD的宿命？

未来难以准确预料。我们暂且来关注当前主流LCD厂商是如何从技术更新和改良的手段，对这一新生和刚得以壮大的显示技术赋予更旺盛的生命力的。

在本刊上期的封面报道中，已列举并概要介绍了当今LCD六大技术热点，本文基于此将进一步细究，主要从技术原理上对插黑技术、背光管扫描技术做更深入的认识。

另外，还将补充LG最新在中国市场的高对比度技术――“锐比(DFC)”的介绍。

说起人眼的视觉暂留现象，许多人并不陌生，因为我们在接受普及教育的时候，都曾学过电影的工作原理：其实电影就巧用了人眼的视觉暂留特性，以每秒连续显示24帧的断续抽样画面，让观察者感受到连续、动态的影片内容。而恰是这个为影视从业者津津乐道的视觉暂留现象，在LCD技术的发展过程中，却在不经意间成了一个绊脚石。

视觉暂留？LCD的绊脚石？这是从何说起？

是的，根据BenQ提供的资料，人眼的视觉暂留效应，是LCD的信号响应时间即使接近灰阶0ms极限之后仍然让人在欣赏动态画面时感受到拖影的“罪魁”。难怪，尽管许多品牌已将LCD的信号响应时间渐次缩短至灰阶5ms、4ms、2ms甚至1ms，但消费者对LCD在显示高速动态画面时依然残存的拖影现象有所抱怨。看来，业界(包括厂商和媒体)在宣传LCD的信号响应时间这一指标时，过去经常采用类似“彻底消除拖影”的说辞很有夸张之嫌！

笔者在此无意对市场上惯用的宣传手法抱有微词，只是借机强调、正本清源：如果当前的LCD相关技术框架保持不变，即使信号响应时间到了灰阶0ms，LCD与生俱来的工作原理缺陷和人眼的视觉暂留效应，将使其拖影现象依然会存在。BenQ是业界首家、也是目前惟一一家如此鲜明、诚恳、细节地指出该客观事实的厂商。

同时，BenQ也客观地指出：通过更快的响应时间，无论是黑白响应时间还是灰阶响应时间，都能有效地消除动态画面的拖影现象；只是无法“彻底消除”而已；BenQ此次综合了高速灰阶响应和插黑技术的AMA Z(疾彩引擎2代)，将真正“带领LCD进入一个彻底消除拖影的新时代”。

那么，LCD工作原理上的什么“缺陷”，“利用”了人眼的视觉暂留效应，“注定”了LCD在显示动态画面时难以消除的拖影现象呢？友达和BenQ将要推广的“插黑”技术，又如何为LCD的拖影划上句号？

对此，本刊上期封面故事相关章节已有比较深入浅出的报道，本文进一步追述。

要简单而直观地表述LCD的拖影现象和插黑技术原理，真不是件容易的事。根据BenQ提供的资料，结合笔者的理解，尽量避开太专业的术语解释如下：LCD显示画面中的每个像素点时，是用液晶分子的扭转开关来控制照射光线的强弱，而照射光线来自始终处于发光状态的背光管；液晶分子的粘滞性、液晶分子难以完全阻挡光线的透过、背光管光源始终打开等因素，使得LCD面板对像素信号表现出所谓的“稳态式”(hold-type)显示，即每个信号的间隔呈现较强的连贯性，这恰使人眼的视觉暂留效应所敏感捕捉到，在画面快速切换过程中容易暂留“记忆”上一幅画面，从而与新画面产生叠加、混淆乃至较严重的拖影效果。相比之下，CRT对每个像素是通过电子枪的有序扫描和轰击荧光粉(发光)来显示的，由于电子束打到荧光屏上是“脉冲式”(impulse-type)的(图1)，而且电子信号的回落和受击荧光粉的明暗状态变化是极速响应的，因此信号之间的切换是跳跃的，表现在高速动态画面的显示效果上，是几乎完全没有拖影。

图1 LCD信号的“稳态式”与CRT信号的“脉冲式”区别*

*本图由BenQ提供。每图横轴代表信号变化所经历的时间，竖轴代表信号强度的变化；实线代表预期的信号响应，虚线代表实际的信号响应；左图表示LCD信号切换过程中的迟缓、粘滞效应；左图表示CRT信号切换过程中的快速、跳跃过程。

插黑技术(Black Frame Insertion，简称BFI，有无联想到好莱坞大片中经常听到的FBI？)，是全球LCD领域三大面板厂商之一友达，与BenQ在近期共同开始推广的一项新技术。顾名思义，就是在当前LCD显示的自然动态画面之间，再人为地插入一帧帧黑色画面，以一个个“黑幕”来遮挡住上一幅画面对下一幅画面的视觉暂留残影，从而在理论根本上克服视觉暂留造成的拖影(图2)。

图2 插黑技术的两组显示效果对比

*本图由BenQ提供。每图左表示未采用插黑技术时的高速动态画面拖影现象；图中表示在动态画面的帧之间插入纯黑画面帧，以“化解”人眼的视觉暂留效应造成的拖影；图右表示采用插黑技术之后的“无”拖影效果。

试以较形象的语言总结：为了消除视觉暂留造成的拖影现象，插黑技术恰利用了视觉暂留效应自身，以插入的黑幅画面来主动产生“黑色拖影”，以“化解”自然画面的拖影，所谓本段标题中的以“拖”制“拖”。

在此笔者的观点是：插黑技术，不但从LCD的显示效果(消除拖影)上以CRT为学习的标杆，而且从原理上也进行了最大可能的模仿。理由是：CRT的脉冲式轰击显示过程中，当电子脉冲回落之后，荧光粉自然会快速恢复到原本的状态(即黑色)，所以CRT在切换画面时，每个画面之间自然就是插入黑色帧的，从而自然地避免了视觉暂留效应造成的拖影现象。以此来进一步支持本文的核心：LCD在追赶CRT，而且许多方面以CRT的成熟技术为标杆。惟有如此，才能在各项显示性能上全面赶上甚至超越后者。

BenQ表示，插黑技术必须以比较短的信号响应时间为基础，即至少达到灰阶ms的液晶开关速度，才能实现包括插入的黑帧在内的画面之间的快速切换。插黑，综合了BenQ此前的AMA(倡导快速灰阶响应)，就是BenQ目前始推的新一代AMA

Z概念。关于AMA Z中插黑技术的实际性能表现，PC World中国实验室在近期征集到BenQ的相关评测样机之后，还将做进一步报道。

为了彻底消除LCD的拖影，还有厂商提出一种名为“背光扫描”(Scanning

Backlight)的技术，其在实现目标上与插黑有异曲同工之妙，只是实现途径各异。

同样顾名思义，背光扫描是将LCD的背景光源管设计方案进行大幅改进：不但发光管的数量由原来的2根或4根增加到更多，而且排列成面状，均匀分布在LCD玻璃基板之后(图3)。更重要的改进是每个发光管不像传统方式固定持续发光，而是自上到下轮流开关工作，实现逐行扫描，这样就在较大程度上仿效了CRT中的电子枪扫描原理，使得像素的信号切换呈现近似CRT中的脉冲式，以此避免动态画面的拖影。

关于该技术暂无太翔实的一手资料；我们根据国外网站上公开的白皮书来理解。

Philips将相关技术描述为Dynamic Scanning Backlight(动态背光扫描)，并且注册和命名为Aptura，综合扫描、暗部调节等技术之后又被统称为ClearLCD(意为更清晰的LCD)。其主要目标是消除动态画面的拖影，同时提高对比度(图4)。据悉，ClearLCD技术是Philips两个部门：光学和消费电子公司(Lighting

and Consumer Electronics)与LG.Philips显示器合资公司合作研发的结果。

图4 ClearLCD的目标：消除拖影、提高对比度

Philips关于LCD拖影现象的解释基本与BenQ一致，均归结为人眼的视觉暂留效应。根据其资料解释：在播放动态画面的时间流中，一幅画面的缺失并不会导致拖影的产生，然而，如果一幅画面出现在“错误的”时间点上，则会产生拖影。LCD阶梯式(即BenQ所谓的稳态式)的画面信号切换原理，就在许多“错误的时间点”上显示了不该出现的画面，从而导致了拖影。

动态背光扫描技术则将LCD面板中的每个像素只是“瞬间”照亮，这需要背景光源能够提供一个时间足够短的闪光周期，并且要良好地控制这种闪光和扫描的时顺。通过该技术在LCD面板上进行的每一次扫描中，需经历3个阶段：图像信号被调用和输入；像素对信号做出响应；面板得到瞬间的背景光照射。在理想状态下，像素的信号响应时间占到一幅画面显示周期的约2/3，背景光照射时间占1/3，前者刚好是后者的约2倍。这样一来，在每个像素对输入的信号进行响应的周期内，刚好能完成照射光源的开和关这2个步骤，从而在理论上可以实现：在对某一幅画面信号进行输入和响应的过程中，恰好可对上一幅画面的信号进行光源照射和光源关闭。然而，若只是画面电流信号的输入，或只是背光源开关的周期性重复，都各自容易实现；现在则要对这两种信号进行严格的时序控制，所以还需要一个同步系统来协调电信号输入和灯管的开关过程。这听起来比CRT显得更加复杂，因为CRT的脉冲电子束在扫描时只管轰击到荧光屏上即可，像素发光和恢复变暗则是自发完成的；而背光扫描的LCD还需要掌控灯管的适时开关问题。

背光扫描LCD的扫描顺序也基本仿照CRT：从显示器顶部开始逐行扫描，直至最底部后完成一个扫描周期(即显示一幅画面)；背光管的照射顺序则相应地从顶排开始逐渐下移、轮换开关(与输入的画面信号同步)，如此周而复始(图6)。

图6 背光管的扫描顺序

理解了ClearLCD技术消除拖影的原理和方法，再来认识一下它是如何提高对比度的。Philips开发了名为“深度动态暗部调节”(Deep

Dynamic Dimming)的技术，当显示的画面比较亮时，该技术及其功能处于关闭状态；当画面很暗的时候，该功能被激活，背景光源的亮度降低，从而提高对比度，使得暗部细节更清楚地呈现出来。而该技术如果基于背光扫描，则可以发挥得更好：通过背光管的动态开关，可以更精准地使一幅暗画面的亮度实现降低，避免影响到相邻画面(有可能是个高亮度画面)。另外，据称该技术还有助于提高LCD的可视角。

BenQ认为，背光扫描技术增加了灯管的数量，此举无疑会大幅增加LCD显示器的生产成本，因而推广和普及都比较困难。本刊上期报道中也曾提到，该技术还有可能影响到背光管的寿命等问题。但客观上，采用背光扫描技术的产品先期问世，笔者所知的就有Philips一款型号为32PF9630A的32英寸LCD

TV，它已于去年9月份在有些国家上市，当初售价约为2199美元。采用这种技术的桌面LCD倒是尚未听说过。

无法显示纯黑画面，是LCD的另一大难言之隐！这是由于一旦投入使用，LCD显示面板的背光管将始终处于亮的状态，当接受到显示黑色画面的信号时，依靠液晶分子的旋转来遮挡光线的透过，而液晶分子无法将光线完全阻挡，总会有部分光线透过，所以“黑色”画面自然难为纯粹的黑色了。表现在技术指标上，就是对比度(最亮/最暗)难以有效提升。

如果单是难以显示一幅纯黑画面也罢，但LCD的这一特性还将表现出更多的弊端：显示的画面往往是复杂的，多数情况下既有亮度较高的部分，也有高度较低(各种灰度和纯黑)的部分；对于较高亮度的部分，画质的细节和色彩往往相对容易还原，但在暗部或纯黑部分，则难以还原真实细节、色彩和层次感。所以，LCD对暗部细节的表现能力成为天生硬伤，不但由此受到一些专业用户的冷遇，甚至成为其他技术(PDP，CRT)攻击的把柄。一个典型的例子是：在医院的放射科，依靠高精度的X光机和数码成像设备，拍出灰度图像来观察患者体内骨骼上细微的异常，而这一细微异常惟有通过高对比度和高灰阶的显示设备才能准确呈现在医生面前。也许这对CRT显示器来说不是难题，但对LCD是不小的挑战。

在过去几年里，LCD的对比度从约150：1提高到目前主流的300：1以上，高端产品甚至达到700：1。这对普通办公(显示文本)、上网(文本和图像)、看影碟和玩电脑游戏等应用基本足够了。但用户的体验和品味总是难以止步，尤其是随着HDTV的行将普及、蓝光DVD存储技术支持下的PS3和Xbox360等高精画面游戏设备的出台，以及特殊行业的需求看涨，高对比度的LCD势在必行。

在过去提高对比度的手段也是多种多样，有基于硬件的，也有基于软件算法的方案。凭借全球三大面板厂商之一(LG-Philips合资公司)的研发实力，LG电子(中国)有限公司最近推出的锐比(DFC，Digital

Fine Contrast，直译意为“以数字技术实现更完美的对比度效果”)技术，是基于专用信号处理芯片和画面优化算法的新一代综合解决方案，其已在中国市场上见到的相关产品实现1600：1的对比度。LG宣布该技术目前最高可实现2000：1，并展示了两款样机――型号分别为L194WT(19英寸)和L204WT(20英寸)的宽屏LCD。

图8 锐比技术的两组显示效果对比*(锐比a、锐比b、jpg)

*本组图由LG提供。每图左边为锐比关状态、右边为锐比开状态。

LG电子韩国总部Display产品研究所高级研究员李奉淳认为：“对比度的重要性是不言而喻的：对比度可以反映出显示器是否能表现层次丰富的色阶和隐藏起来的细节画面。对比度越高，图像的锐利程度就越高，图像也就越清晰；同时，表现出来的色彩也就越鲜明、层次感越丰富，尤其是细节画面更是得到了充分的挖掘。可以说，对比度是所有指标中最能够直观让人感受到色彩的完美与否、是用户能够看得见的指标。”

根据LG提供的资料，该技术主要由以下三部分组成。

ACR (Auto Contents Recognition，自动内容识别)，自动检测从PC显示芯片输入至LCD的显示信号的各项参数，自动识别显示画面的内容，并进行调节，使之达到最优对比度的效果；

DCE (Digital Contrast Enhancer，数字对比度增强)

，大幅降低液晶显示器的最黑亮度，并且有效调节中间色彩的鲜艳程度，从而实现优化显示的效果；

DCM (Digital Contrast Mapper，数字对比映射)，可判断对比度是否达到最优化并进行画面的综合调节(图)。

图9

锐比技术提高对比度及相应画质的三个主要环节

*本图参考LG提供的原图绘制。图中可以看出，输入的源信号先进行过Gamma

LUT预处理之后，由标准的RGB格式(该格式以红、绿、蓝三原色来描述画面的数据信号)转化为YUV格式(该格式则以亮度即灰阶值、色度即颜色的饱和度来描述画面的数据信号，亮度信号Y和色差信号UV分别编码，因此对比度、色彩可单独调节)，尔后进行ACR、DCE和DCM三个环节的“锐比”调节，最后再还原成RGB信号进行输出。此流程大致与LG此前的“复真”技术类似，只不过“复真”强调色彩还原，而“锐比”强调对比度和细节表现能力。

LG表示：锐比技术从色度优化、降低最黑亮度、对比度综合调节这三个不同的方面入手来提升LCD的综合画质，是对LCD画质表现全面而独到的深刻理解与把握为基础的。在应用上的表现效果是：同等亮度下，越深的黑色使色彩的层次越丰富，尤其在暗部，使原本隐藏的细节信息能完全显露出来，这对于图形工作者、游戏发烧友和追求影片视觉享受的消费者很有价值。

LG电子(中国)有限公司IT营销总部总经理李康来在北京亲自宣布了锐比技术(图)，并认为：LCD发展到今天，各项性能指标都满足了用户的基本需求；然而，与亮度、响应时间等指标相比较而言，对比度常被消费者所忽视，但对比度是直接影响视觉效果的因素。此外，他对于信号响应时间的观点是：锐比技术对于消费者的实际意义超过了看不见摸不着的响应时间，追求信号响应时间的阶段已经在去年底该结束了，因为低于13ms以后消费者是根本感觉不出来有什么变化的。

“有好几个厂家已经在做高对比产品的准备，但还没有完全准备好，LCD以后的潮流就是高对比度，而LG正在引领着这一潮流，”李康来在会后接受记者采访时说，“开发过程中，我们不仅使用了自己的面板，还有其他厂家的LCD面板也一起进行了研发，研究它们各自的面板特性。所以说，在研发阶段就已经采用了其他厂家的面板，因而LG的锐比技术可以应用于目前的各类LCD面板。”

图10 LG电子(中国)有限公司IT营销总部总经理李康来宣布锐比技术

结语

LCD追赶CRT的使命，还远未完成，而且有可能是段较长远的马拉松跑。插黑、背光管、锐比等新技术，用不同的手段、或从不同的角度来加速这一奔跑，它们及各自未来的更新版本，也许会很快完成最终的冲刺。目前的多数努力，很大程度上似乎基于软件算法的改良，硬件上主要归结于芯片和电路技术；从形式上看，背光管扫描等技术让人感觉到LCD的“”步伐，无论其前景(技术成熟度、成本控制)如何，像这样的大胆设想往往给人带来更多的兴奋和期待；也只有这样的大动作，才有可能将LCD改得有些面目全非、来(将来)非今(当今)比，从而在其他显示技术面前表现出更多的优势。

光影的基本原理篇8

【关键词】阵列波导器件；集成光子器件；耦合损耗；几何对准偏差

1.引言

集成光子器件（Photonic Integrate Circuit，PIC）是以光电子集成技术为基础光子器件，是支撑下一代光纤通信高速发展的基础[1，2]。阵列波导器件是集成光子器件的重要基础性部件，它采用半导体工艺在一个衬底上制造出波导光路，将分立光学元件的各种功能集成在同一光学衬底表面上，实现光功率分配、光开关、光滤波等功能，具有常规由许多分立光学元件构成的庞大光学系统的光信息处理能力。阵列波导器件具有集成程度高、结构紧凑、体积小、抗干扰能力强、性能一致性好、可靠高、易于大规模生产等突出优势，成为集成光电子器件研究的前沿[3]。光纤通信中常的阵列波导器件有：光耦合器（Coupler、Splitter）、复用器/解复用器、光调制器、光开关、可调谐光滤波器（OTF）等[4]。

阵列波导器件的对准封装是在视觉系统的引导下，利用两个6自由度亚微米精度对准平台，将输入阵列光纤、波导功能芯片和输出阵列光纤实现模场匹配的光学对准与模场耦合，并采用胶固化技术或焊接技术将各个模块精确固定，获得器件完整功能的生产过程。阵列波导器件的对准过程需要将数十甚至数百通道同时实现亚微米级定位精度的精确对准，对准与封装成为阵列波导器件制造的基础，也是制约阵列波导器件发展的瓶颈之一。本文通过分析单模光纤的模场耦合规律研究阵列波导器件对准耦合的工艺要求，为进一步研究阵列波导器件的对准提供技术指导。

2.阵列波导器件对准耦合理论

阵列波导器件的对准封装工艺流程如下：（1）高精度阵列光纤制造。将光纤带精确定位在石英基或硅基的V形槽中，然后采用胶固化技术将光纤带固定，制成光纤数量达到数十根甚至数百根的阵列光纤模块。（2）将阵列光纤模块和波导芯片分别安装到封装工作台的工装夹具中，在视觉系统的引导下控制承载阵列光纤对准平台的运动，实现高精度的姿态调整，然后，在红外相机的引导下将光纤调整到波导芯片耦合传光的位置范围内。（3）在光功率的反馈下将阵列光纤与波导芯片进行多通道的模场对准，使得各光路的耦合功率达到最优，实现多通道的高精度对准和耦合。（4）在阵列光纤与波导的对接面上进行精确微量布胶，并通过紫外光照射将波导器件实现微变形控制的固接，达到所需的机械强度和刚度，完成器件的耦合封装[5]。阵列波导器件的空间位姿对准如图1所示。

波导芯片光路与阵列光纤的单模对准耦合是阵列波导器件耦合的理论基础。当光路的模场遇到续接点时，其传输模式会改变，产生光功率损耗，称这种损耗为耦合损耗（Coupling Loss，CL），有时也称为插入损耗（Insert Loss，IL）。引起耦合损耗的原因包括：反射界面、模场对准的几何偏差、模场分布特性、耦合端面光学性质等。考虑到反射界面和几何对准偏差是影响模场对准耦合的主要原因，下面对它们影响阵列波导器件耦合损耗的规律进行研究。

定义模场的耦合效率（Coupling Efficency，CE）为T，有T=Pt/Pr，其中Pt和Pr分别为输入的稳态模和耦合的稳态模的光功率。耦合损耗η定义为

（1）

（1）反射界面引起的耦合损耗

当光从入射光纤向接收光纤中传播时，在折射率突变的界面上发生反射与透射，这种由反射造成的损耗称之为反射损耗（Reflective Loss）[6]。设入射光纤纤芯的折射率为nt，接收光纤的折射率为nr，中间填充着折射率为nf的介质（空气或其它介质）。根据Fresnel反射原理，在入射光纤与填充介质的界面上，光的透射率Ttf近似为

（2）

在接收光纤与填充介质的界面上也会发生同样的反射，记作光的透射率Tfr。光纤耦合界面上发生的总的透射率为T=TtfTfr。

当填充介质为空气时，nf≈1.0，对于石英光纤（nt≈1.5），根据式（2）知，耦合界面产生的透射耦合效率为TT=0.92，透射损耗ηT=0.36dB；当填充介质为折射率接近纤芯折射率的某种匹配液时，耦合效率近似为TT=1，耦合损耗近似为ηT=0dB。因此，为了提高耦合效率，需要在耦合界面填充折射率匹配的光路胶。

（2）几何对准偏差引起的耦合损耗

光纤的空间几何偏差是造成模场耦合效率下降的主要原因[7，8]。光纤的近场空间几何对准偏差分为：横向偏移x、轴向间距z和轴向角度倾斜θ。本文考虑在模场匹配的情况下三种几何对准偏差单独对耦合损耗的影响。

（1）横向偏移x对耦合损耗的影响

当光纤对准仅存在横向偏移x时，模场的对准耦合损耗由下式给出

（3）

不难发现，光纤对准耦合损耗与横向偏移x平方成正比。

（2）轴向间距z对耦合损耗的影响

当光纤对准仅存在轴向间距z时，模场的对准耦合损耗为

（4）

式中，k是波矢幅值。

（3）角度倾斜θ对耦合损耗的影响

当光纤对准仅存在轴向角度偏差θ时，耦合损耗为：

（5）

光纤对准耦合损耗与角度倾斜θ平方成正比。

根据上述几何对准偏差影响耦合损耗的分析，当耦合损耗分别为0.1、0.15、0.3、0.5dB，三个空间几何对准偏差的容差如表1所示，表中假设模场直径为9.2μm，波长为1.31μm。

从表1不难发现，轴间偏移x的容差远远小于轴向间隙z，达到亚微米级，成为阵列波导器件模场耦合的难点之一。

3.阵列波导器件对准耦合工艺要求

根据上述的分析可知，光路耦合界面的反射损耗和几何对准偏差产生的耦合损耗是造成阵列波导器件耦合效率下降的主要原因。因此，本文认为阵列波导器件对准耦合过程必须达到以下要求：

（1）在耦合界面填充折射率匹配的光路胶，减少光束产生反射损耗；

（2）减少几何对准偏差对模场耦合效率的影响，单通道耦合损耗≤0.15dB，轴间偏移x≤0.8μm，轴向间隙z≤19μm，角度倾斜θ≤0.97°。

4.总结

本文在单模耦合的基础上，理论研究了阵列波导器件单模的耦合特性。对光路耦合界面的反射损耗、几何对准偏差影响模场耦合损耗的规律进行了研究，最后，本文提出了阵列波导器件对准耦合的工艺要求。

参考文献

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注：本文为湖南省教育厅课题11C0814资助。

光影的基本原理篇9

中图分类号：O484文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)04(a)-0000-00

ZnO是一种新型的直接带隙宽禁带II—IV族的化合物半导体材料。氧化锌晶体具有三种结构：六边纤锌矿结构、立方闪锌矿结构，以及氯化钠式八面体岩盐结构。天然的ZnO一般表现为热力学稳定相六边纤锌矿结构，其晶格常数a=0.324nm、c=0.519nm，室温下禁带宽度约3.37eV[1]。ZnO在室温下具有高达60meV的激子结合能，生长温度低，能有效地工作于室温及更高的温度。ZnO的高激子结合能使其在室温下获得高效率的与激子相关的受激发射，是一种理想的紫外光发射材料[2]。其次，ZnO高熔点的物理特性(1975℃)，具有很好的热化学稳定性。另外，ZnO器件制备工艺可与硅平面集成电路工艺相容， ZnO来源广泛，环保无毒，价格低廉，可以大规模生产。因此，越来越多的学者加入到对ZnO材料光电性能研究的队伍中[3]。

自1996年以来，日本和香港的科学家在室温下首次实现光泵浦ZnO薄膜近紫外激光发射后，各国掀起ZnO研究的热潮[4]。十多年过去了，ZnO已经从起步时期各方向和领域的快速发展到今日进展缓慢的瓶颈期。本文从退火处理角度出发来研究温度对ZnO薄膜生长的影响，从而找出最佳的退火温度，最终制备出具有优异光电特性的ZnO薄膜ZnO是一种“友好”的材料，几乎所有制备薄膜的方法都能制备ZnO薄膜。现今有化学气相沉积（CVD），磁控溅射（RF），分子束外延(molecular beam epitaxvy)，脉冲激光

沉积(PLD)，溶胶—凝胶法(Sol—gel)等多种薄膜制备方法[5]。与其它方法相比，溶胶—凝胶法(Sol—gel)具有原料来源广泛，易于控制成份，成本低，制备方法简单，热处理温度相对较低，成膜面积大，均匀性好等优点。本论文的ZnO薄膜的制备采用Sol—gel法。

1 实验

实验中是以分析纯的二水醋酸锌(Zn（CH3COO)2 2H2O)为原料，乙二醇甲醚（CH3OCH2CH2OH)为溶剂，乙醇胺（C2H7NO)作为稳定剂。将一定质量二水醋酸锌溶解于乙二醇甲醚，再加入与二水醋酸锌等摩尔的乙醇胺。用磁力加热搅拌器在沸腾状态搅拌30min，然后在60℃的恒温水浴中搅拌1h，最后自然降温，在室温下继续搅拌2h，调整浓度，获得0.4mol/L澄清的溶液。对选用的ITO玻璃基片先用去离子水在超声波清洗器超声清洗15min、后用丙酮超声清洗15min、再用去离子水冲洗基片，接着在无水乙醇中超声清洗15min。最后在120℃的真空干燥箱烘烤20min以达到烘干基片。

取制备好的ZnO溶液，利用匀胶机进行旋转涂覆。实验中先设置低速档转速为500转/分钟，旋转时间6秒，后设置高速档的转速为2500转/分钟，旋转时间30秒。旋转涂覆后，将基片置于高精度数显恒温加热台上用 300℃的温度处理热烤5min。最后将样品用扩散炉进行退火，分别将各样品保持在空气氛围下分别在500℃，550℃，600℃，650℃的温度下退火1小时。经过退火处理，即获得四种ZnO薄膜样品。ZnO薄膜的制备过程如图1。

实验采用Veeco公司生产的原子力显微镜NanoScope IIIa对退火温度在550℃和650℃的不同ZnO薄膜样品进行AFM测试。采用日本Shimadzu 公司生产的UV-3150型紫外可见分光光度计(UV)测试ZnO薄膜在光波长在390nm至800nm范围内的透射谱。

2 结果与分析

2.1 ZnO薄膜AFM分析

由图2可知，550℃的退火温度薄膜表面的结晶性能提高，晶粒颗粒粒径就小;退火温度升高650℃时，晶粒颗粒粒径明显变大，薄膜晶粒生长开始转变为横向增长和纵向增长。退火温度继续升高，则会出现烧孔和团簇现象。由此得知，对薄膜进行退火处理，在一定程度上能够改善薄膜表面的结晶状况，能够促进其晶粒的生长，导致晶粒之间空隙的减小，排列趋于均匀致密,薄膜容易有序结晶化。然而，退火温度到达一定的极限温度时，由锌和氧的热扩散或蒸发过度等原因，会导使晶粒生长过大，缺陷浓度增加，反而会造成薄膜表面现象粗糙度升高，结晶质量下降，出现明显的凹凸缺陷[6]。

2.2 ZnO薄膜透射光谱分析

为了分析不同退火温度对ZnO薄膜透光率的影响，分别选择取退火温度为500℃、550℃、600℃、650℃的薄膜样品，结果如图3。

由图3可知，光波长大于400nm的可见光区域内， ZnO薄膜的透光率平均可达到80%。而经过退火温度为500℃和550℃处理的薄膜的透光率的比其他退火温度下的都要高,最高透光率达89%。但是随着退火温度的上升达到600℃和650℃，最大透光率下降至85%左右。分析原因是由于在较高的退火温度下，薄膜内的原子在此温度下获得能量在表面发生迁移，晶粒得到增长，晶粒间的空隙就小，缺陷密度变小。但是过高的退火温度使得ZnO薄膜在高温下分解，分解更严重时会干扰锌原子、氧原子的平衡，改变了ZnO薄膜内部结构，导致薄膜内部缺陷密度增加，存在着过多晶界，增加薄膜的散射机制，使其在可见光范围内的透过性变差[7]。在可见光波段内，ZnO薄膜始终表现出很高的透射率，在透明电子器件中的应用中具有实际意义。

假设ZnO薄膜中价带和导带之间是直接跃迁的，则吸收系数和光子能量的关系可表述为： ，式中 为吸收系数， 为直接跃迁带宽，C为常数， 为入射光子能量。图4的插图所示是 的关系曲线图。从插图所示，曲线是符合线性拟合，即此曲线与直线近似，即假设ZnO是直接跃迁型是恰当的。将此直线外延长至 轴，即可确定出禁带宽度 。由图3的插图可知在空气氛围下退火处理，各吸收边随温度的升高光学禁带宽度基本保持不变，退火温度为550℃的薄膜的禁带宽度约为3.25eV。此值低于文献报道的ZnO薄膜3.37eV,这是由于载流子浓度变化所致。ZnO薄膜样品的载流子浓度在空气氛围下退火处理比在富氧氛围下的退火处理来得低，会产生Burstein-Moss飘移，使得光学带隙变窄[8]。

3 结语

利用Sol—gel法在ITO玻璃的衬底上制备ZnO薄膜，并利用AFM和紫外可见分光光度计(UV)对其进行表征，研究不同的退火温度对ZnO的光学性质和表面形貌的影响。经实验结果分析，随着退火温度的升高，透射率先上升后下降，而禁带宽度基本保持不变通过实验结果对比，摸索出在ITO玻璃衬底制备ZnO薄膜最适宜的生长条件参数。充分了解并掌握了退火条件对薄膜结晶情况的影响及其如何来实验薄膜的最佳生长,并验证出当退火温度为550℃时制备出ZnO薄膜结晶质量较好， 表面光滑，透射率约为90%，禁带宽度约为3.25eV。

参考文献

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光影的基本原理篇10

关键词：色温；白平衡；调白技术

微电影等各类视频作品，最终将作为视觉形象在屏幕上显现出来，画面色彩是否准确逼真精美，是微电影制作技术水平的一个重要标志。准确重现色彩的逼真度，是彩色摄像机最重要的技术指标之一，所以正确理解白平衡的概念和摄象机调白的工作原理，灵活应用白平衡的调整技术，是拍摄微电影理想画面的关键。

一、什么是白平衡？

许多人在使用数码摄像机拍摄的时候都会遇到这样的问题：在荧光灯的房间里拍摄的影像会显得发青绿，在室内钨丝灯光下拍摄出来的影像就会偏橙黄，而在阴天拍摄到的影像则莫名其妙地偏青蓝，其原因就在于“白平衡”的设置上。

那么什么是“白平衡”呢？在彩色电视系统中，电视标准白的亮度信号（Y）由红、绿、蓝三基色信号组成的比例关系为：Y=0.30R+0.59G+0.11B。当摄取白色景物时，红、绿、蓝的电流应始终保持0.30、0.59、0.11的比例，使Y信号成为标准白光，这就是白平衡。若合成的比例有偏差，Y信号就带有某种偏色。例如，红电流信号若超过0.3的比例，则Y信号将偏红；蓝电流信号若超过0.11的比例，则Y信号将偏蓝。

二、为什么要调整白平衡

不同的光照条件下白色物体反射出来的光线颜色视光源的色温而定，人类的眼睛之所以把一些物体看成白色的是因为人的大脑可以侦测并且更正这样的色温变化，因此不论在阳光、阴天、室内或荧光下，人们所看到的白色物体颜色基本纯白。人眼可以进行自我适应，但是数码摄像机就不具有这么智能的功能了，这是由于CCD感光元件本身没有这种适应功能，那么失衡的白色也就不白了，会偏色。为了贴近人的视觉标准，数码摄像机就必须模仿人类大脑并根据光线色温变化来调整色彩还原，也就是需要摄像师灵活调整白平衡来达到令人满意的色彩。这一对数码摄像机输出的色彩信号进行一定修正的过程，使白色物体正确还原成白色影象就叫做白平衡的调整。

什么是色温呢？ 色温就是定量地以开尔文温度（K）来表示色彩。它是表示光源光谱成份的概念，是光线颜色的一种标志，而不是指光线的温度。色温现象在日常生活中非常普遍，钨丝灯所发出的光由于色温较低表现为黄色调，天然气的火焰是蓝色的，原因是色温较高。色温越高，光色越偏蓝；色温越低则偏红。在生活中日光的色温是持续不均匀变化的，在一天之中，日出1800K，到中午6500K，到日落2000K左右。上午9点至下午4点前色温基本稳定在5000～6500K左右，阴雨天色温在6000K―8000K左右，蜡烛光1900K，白炽灯2600～2900K，新闻灯3200K等，色温也不尽相同。一般情况下，专业级以上的摄像机出厂设定的色温值为3200K。当拍摄环境、基本照明光源发生变化时，就必须对白平衡进行调整。将白平衡调整到与光源相匹配是保证正确色彩再现的基础。

三、怎样调整白平衡

白平衡调整在摄象机上一般有四种方式：自动跟踪白平衡，预置白平衡、手动白平衡和偏调整白平衡。

1.自动跟踪白平衡：自动跟踪是指依靠摄像机的自动跟踪功能（ATW），摄像机自身根据画面的色温变化随时调整，非常方便快捷，在抓拍镜头时很实用，但是有一定局限性。一般的摄像机都能在大约2500K-7000K的色温条件下正常进行自动白平衡调节，当拍摄时的光线色温超出所设定的范围时，自动白平衡功能就不能正常工作。

2.预置白平衡：预置白平衡也叫粗调白，是指在预置情况下改变色温滤光片，使色温接近到3200K的出厂设置。现在DV机白平衡的调整一般具有5种模式，因厂家的不同而稍有差异，一般分为自动、白天、阴天、白炽灯、荧光灯等模式，根据光源条件直接选择。

利用白平衡预置功能调白，虽然误差很大，但是也可以得到人眼可以接受的色彩还原。由于色温偏差不大，使拍摄出的画面呈现出细微的色彩变化。这有一个好处，不同的生活环境本身会由于环境色和照明差异的影响而色彩基调不同，如果到处调白会使不同的环境呈现单一白光照明的效果，而利用白平衡预置则可以保留这种丰富的色彩变化。

3.细调白 ：细调是通过电路调节，以保证精确的色彩还原。方法步骤是：

（1）根据光源情况选择合适的滤色镜。

（2）选择自动光圈。

（3）在镜头光轴延长线的垂直方向上，白卡纸对准环境主光源。

（4）镜头对准白卡纸或白色物体，并推满画面。

（5）然后按AUTO WHT键，寻像器显示“WHT：OP”，是正在调节，几秒钟后寻像器

“WHT：OK”出现，则表示白平衡调节完成。

4.偏调白：也就是白平衡调整补色法。某些写意镜头，为了强调画面的艺术效果，有时并不需要忠实地重现原来的色彩，而是根据内容情节，对被摄景物的色彩进行再创作，有意识的偏向某一颜色。例如，拍摄日出朝霞或夕阳西下景象，适当夸张黄红色；青山绿水的自然景象，适当夸张青绿色；表现海水、月夜等冷色调时，适当偏青蓝色等。

调整方法：（1）在细调白中，把白色的卡片或物体换成某种彩色进行调白，画面结果则偏向它的补色。例如，对蓝色调白，画面偏黄色，对红色调白，画面偏青色等。拿日出的拍摄来说，如果以日出时的光线色温调整白平衡，那么拍出的日出就不是红日东升，而是一轮白色太阳。所以拍日出应选用5600K滤色片，对准青蓝色卡片或西边天空调白，使画面人为的偏橙红色调，就可以达到镜头的艺术效果。（2）先用低色温滤色片（如3200K）调白，再换到高档（如5600K）拍摄，画面偏暖色调。同理，采用色温滤色片“高调低用”，可使画面偏冷色调。

以上几种白平衡调整技术各有特点，且校色的幅度也有所不同。因此，不论使用哪种技术，都应根据摄像机的性能和功能来选择并灵活运用。在拍摄过程中采用彩色监视器进行现场监视画面效果，并及时加以调整，就能够达到电视创作的理想要求。

四、结语

前文谈及了色温及白平衡的概念、摄像机调白的工作原理及各种调整方法及技巧。白平衡调整是摄像师的基本功，也是个技术技巧问题，更是一个重要的艺术创作手段。

【参考文献】

[1]孟群.电视制作技术[M].北京：电子工业出版社，2005.