光与颜色视觉课件

1、印刷色彩学q第一章 光与颜色视觉印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q色彩的意义q远观颜色，近看花q人观察物体时，视觉神经对色彩反映最快，其次是形状、空间位置，最后才是细节。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q颜色的本质颜色到底是什么？DunkelrotKnallrotDark redLively redFire red!Bright redDunkelrotKnallrotDark redLively redFire red!Bright red印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q色彩与色觉q色G 色（GB 5698-85）:光作用于人眼引起的除形象外的视觉特性。G 色是一种物理刺激作用于人眼的视觉特性，

2、是客观存在的。q色觉G 色觉是人们认识颜色、辨别颜色的能力。 G 色觉是人的一种主观能动。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q色觉的形成过程q色觉三要素G 光线的照射G 颜色物体G 功能正常的视觉器官和大脑印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q可见光q可见光G 光是能在人眼的视觉系统上引起明亮感觉的电磁辐射。 即光是一种电磁波。 （GB 5698-85）q可见光的性质G 光的物理性质由它的波长和能量来决定A 波长决定光的颜色A 能量决定光的强度印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q可见光波长q电磁波的波长范围10-14几千公里，其中380-780nm为可见光。习惯上把400-500nm称为蓝光区，500-60

3、0nm称为绿光区，600-700nm称为红光区。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q光谱q色散实验q单色光按波长依次排列成的光带称为光谱。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q单色光与复色光q单色光G 只含一种波长而不能再分解的光称为单色光。G 真正的单色光不存在，光的单纯性或单色性取决于谱线宽度。q复色光G 两种以上单色光混合成的光。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q光与色的关系q光是人们感觉所有物体形态和颜色的唯一物质。色是由物体化学结构所决定的一种光学特性。所以光是产生色彩和形成色觉的物理基础。q不同的光作用在物体表面后会发生不同的反映G 光作用在透明物体上，除部分光被反射、吸收外，相当部分的光能透

4、过物体，物体的颜色由透过物体的光谱成分决定G 光作用在不透明物体上时，物体的颜色则由反射的光谱成分决定。q“色从光而来，色随光而变。” q颜色在物理学上是可见光的特征，在生理上是可见光对视觉的不同刺激，而在心理上是可见光刺激大脑的反映。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q色彩三属性q在视觉上，色彩是无法用一般的量值来衡量的，只能用三个特殊的物理量即色相、明度、饱和度来衡量。q色相、明度、饱和度是色彩三属性，也称为色彩三要素，是颜色的心理属性。q大多数色彩系统都是根据色彩的三属性来进行系统的分类、归纳、排列的。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q色相（H）q色彩的相貌，是色彩最基本的特征，也是色与色之间

5、区分的最明显特征，即根本特征。q可见光谱不同波长的辐射在视觉上就表现为不同的色相。q色相由刺激人眼的光谱成分所决定G 光源的色相取决于辐射的光谱组成，可用光的波长或主波长表示G 物体的色相光源的光谱组成和物体表面选择性吸收后所反射（透射）的各波长辐射的比例对人眼产生的感觉，由物体本身的化学结构所决定（固有色）q人眼对色相的分辨力：可见光谱150种，非光谱约30种。 印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q色相（H）q在视觉上，色相和主波长间的对应关系会随着光照强度的改变而发生变化。（扑尔克效应）q人眼对不同波长光刺激的敏感性不同G490nm、590nm阈限为12nmG540nm阈限为34nmG3804

6、30nm、655780nm几乎无法分辨印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q明度（L或V）q人眼所感受到色彩的明暗程度。q色彩的明暗取决于人眼所感受到的辐射的能量，可以用光的反射率或透射率来表示。q各种色彩的明度取决于颜色对光的辐射能力。G对于单色光来说，光线越强，其色彩越明亮G就同一物体而言，反/透射的光通量越多，其颜色的明度越大G同一色相的物体，颜色越接近白色，明度越大；越接近黑色，明度越小。G在可见光谱中，黄色、橙黄色、黄绿色的明度较高，橙色和红色的明度居中，青色和蓝色的明度较低。q人眼的分辨力：1明暗变化，600种左右。q影响因素：光源的强弱（包括物体与光源的距离及其与光线方向所成角度）；各

7、个受光面色度的差别；物体表面结构的差别（L光滑表面L粗糙表面）印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q饱和度（S或C）q也称纯度或彩度，是指色彩的单纯性，是反/透射光接近光谱色的程度，或者说是表示离开相同明度中性灰色的程度。q饱和度越高颜色越鲜艳，饱和度越低颜色越接近中性色q可见光中光谱中的单色光（光谱色）的饱和度最高q影响因素：G 物体表面反射光谱色光的选择性G 物体表面光滑度。q人眼分辨力：不同色能分辨的级数不同，如在某明度条件下，红可分辨25级，而黄只能分辨4级。平均为10级印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q色彩三属性之间的关系q三属性分别与主波长、光强及光能量布有关，但并不是光物理属性，而是人在

8、观察色彩时的视觉心理。q三者关系：G 色彩中任何一色都具备这三属性，缺一不可G 这三属性是相互独立的，但不能单独存在G 色彩的三属性的变化是相互联系、相互影响的G 两个不同的色彩至少有一个属性不相等，只有三个属性全部相等的色彩才是完全相同的。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q眼睛与视觉q眼睛G 作用A 成像A 感光记录G 构造A 屈光系统A 视网膜B 锥体细胞（明视觉器官）B 杆体细胞（暗视觉器官）印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q明视觉与暗视觉q暗视觉和明视觉称为视觉器官的二重功能。q暗视觉G 视杆细胞对光的敏感性高，能接受微弱光线的刺激；不能分辨物体的细节和颜色，只能分辨出物体的形状和明暗；往

9、往几十个连在一起向视神经输送信息；适合在暗条件下工作（亮度3坎德拉/米2 ） 。G 因为锥体细胞都分布在视网膜中央窝附近，所以正对眼睛的物体看得最清晰。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q光谱光视效率q对同一种波长的光而言，光能量越大，光越亮。q人眼对可见光谱范围内不同波长的辐射具有不同的感受性。q不同色相的颜色，给人的亮度感觉是不一样的，人们总是感觉最亮的是黄绿光，最暗的是红色，其次是紫色。q实验发现，人眼对光谱色555nm的黄绿光感受性最高。q光谱光视效率：人眼对不同波长的光能量产生光感觉的效率。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q光谱光视效率q555nm的光的光谱光视效率最高，所以定义 V（55

10、5）=1。根据CIE推荐的光谱光视效率数值可画出光谱光视效率曲线。q人的明视觉与暗视觉的光视效率也不同，曲线见右图。两种视觉功能最敏感的波长不同：明视觉为555nm，而暗视觉为510nm。但明暗视觉的光谱光视效率函数曲线形状相同，说明明暗视觉对可见光的感受大致相同。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q视觉功能q视角G 视角：物体大小对眼睛形成的张角。G视角的大小决定了视网膜上像的大小，而视网膜上像的大小又决定人们视觉的清晰程度。 G 放大镜就是通过形成正立的虚像，扩大了观察视角，从而使人能够细致观察物体。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q视觉功能q视角G由图可知当视角较小时， 得出 ，同理 ， d约

11、为17mm所以像的大小 ，可见像的大小取决于视角。 G具有正常视力的人，能分辨物体空间两点间所形成的最小视角为1。DAtg2222tgDAdstgtgds17sd印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q视觉功能q视力（视敏度）：表示视觉辩论物体细节和空间轮廓的能力。q视觉辩认物体细节的能力与视距有很大关系，这是因为物体对眼睛形成的视角不同。q视力以视角进行计算q当人的视觉能够分辨1角度所对应的物体细节时，视力为V=1.0。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q视觉功能q视场：眼睛视角所对应形成的圆面积，称为视场。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q网屏线数计算视力V（）视距D（mm）加网线数N（lpi）线宽A（

12、mm）视角（）线条清晰度1250800.152.14清晰可辨12501000.121.71清晰可辨12501250.11.42可分辨12501750.0721模糊12502000.060.85模糊不可辨12503000.040.27不可辨印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q物体与颜色q颜色分类G 消色：黑、白、灰一系列中性颜色，也称为非彩色或中性色G 彩色：消色物体以外的其他颜色q物体分类G 按照能否发光，自然界的物体一般可分为发光体和非发光体两部分。A 发光体：本身能辐射光能，常称为光源。A 非发光体：本身不能辐射光能。可分为反射体和透射体。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q透射、反射和吸收q当光

13、照射到物体上时，会产生诸如透射、吸收、反射、漫射、散射、折射和衍射等许多物理现象，但是对色彩成因起主要作用的是透射、反射和吸收。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q物体呈色机理q消色物体G 呈色机理：非选择性吸收或均匀等比吸收G 呈色特点A 反射光谱与入射光谱相同；A 反射光强与入射光强不同；A 有明暗变化，色相、饱和度为零；A 光谱反（透）射率曲线为一条平行于横轴的直线。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q物体呈色机理q消色物体G 随着吸收比例的不同，物体在日光下呈现从白色、各种灰色到黑色的一系列中性颜色。G 以反射物体为例：A 当10%时为黑色，如黑丝绒的为1%；A 当10%75%时就感觉是白色，

14、如MgO的为98.8%，白纸的为88-90% 。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q物体呈色机理q彩色物体G 呈色机理：选择性吸收或非均匀等比吸收G 呈色特点A 反射光谱与入射光谱不同；A 反射光强与入射光强不同；A 色相、明度、饱和度都有变化。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q影响物体色彩的因素q光源色G 光源的光谱成分G 色度G 距离q环境色（颜色对比现象）G 高光区：受光源与固有色影响G 漫射区：受光源色、固有色、环境色影响G 阴影区：受环境色、固有色影响印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q影响物体色彩的因素蓝光照射红光照射印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q颜色视觉q颜色辨认q颜色对比G 同时对比G

15、 连续对比q颜色适应G 亮度适应A 暗适应A 明适应G 颜色适应（负后像）q颜色恒定q色觉缺陷印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q颜色视觉理论q三色学说q对立学说q阶段学说印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q三色学说q1801年由英国医生、物理学家托马斯杨提出，后由德国的生理、物理学家赫姆霍尔兹补充、验证。q内容G 杨认为人的视神经只有感红、感绿、感蓝三种基本视神经，赫姆霍尔兹验证人的视网膜上有感红、感绿、感蓝三种细胞，感受的峰值为680nm,540nm,430nm。G 光谱的不同部分（不要求有连续光谱）引起三种细胞不同比例的兴奋，根据三种细胞不同比例的兴奋程度，人的大脑形成不同的色觉。q三色学说建立

16、在颜色混合的物理学规律基础上，能充分说明颜色混合现象，是国际公认的色度学基础，彩色印刷、摄影、电视机都是三色学说基础上建立的。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q三色学说q三色学说可以解释负后像等情况，它认为负后像是神经疲劳的结果。q三色学说最大的缺点是不能解释色盲现象。 按照三色学说，色盲是一种或几种感色细胞有缺陷导致的，但如果是这样，则色盲不仅是色盲，而且也看不见白色。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q对立学说q1878年赫林提出的对立学说，也称为四色学说。q依据G 有些颜色看起来是单纯的，有些颜色看起来是混合的，红绿蓝黄是单纯的；G 找不到偏绿的红或偏蓝的黄，红-绿、黄-蓝是对立的，混合后只能

17、得到灰或白。q内容G 视网膜中存在红绿、黄蓝、黑白三种对立感色机制G 每一对立机制中的建设（同化）和破坏（异化）作用会产生不同的色觉。三对对立感色机制对光的反应形成了各种颜色。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q对立学说q四色学说可以解释色盲现象、负后像等现象，但没有对三原色能产生光谱一切颜色这一现象给予说明。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q阶段学说q现代神经心理学指出，视网膜中确实存在三种能感受不同波长光的锥体细胞q对视网膜和神经传导通路研究中发现神经系统可以发出三种反应：光反应（L）、红-绿反应（R-G）、黄-蓝反应（Y-B）。q阶段学说把三色学说和四色学说统一在一起。印刷色彩学第一章 光与颜色视觉q阶段学说认为颜色视觉过程可以分成几个阶段。G 第一阶段，视网膜的锥体感受是一个三色机制；G 第二阶段，在神经兴奋由锥体感受向