光与颜色视觉实用教案

1、颜色(yns)的本质颜色到底是什么？DunkelrotKnallrotDark redLively redFire red!Bright redDunkelrotKnallrotDark redLively redFire red!Bright red第1页/共40页第一页，共41页。色彩(sci)与色觉 色 色（GB 5698-85）:光作用(zuyng)于人眼引起的除形象外的视觉特性。 色是一种物理刺激作用(zuyng)于人眼的视觉特性，是客观存在的。 色觉 色觉是人们认识颜色、辨别颜色的能力。 色觉是人的一种主观能动。第2页/共40页第二页，共41页。色觉(sju)的形成过程 色觉三要素

2、 光线的照射 颜色物体 功能正常(zhngchng)的视觉器官和大脑第3页/共40页第三页，共41页。可见光 可见光 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） 可见光的性质 光的物理性质由它的波长(bchng)和能量来决定 波长(bchng)决定光的颜色 能量决定光的强度第4页/共40页第四页，共41页。可见光波长(bchng) 电磁波的波长范围(fnwi)10-14几千公里，其中380-780nm为可见光。习惯(xgun)上把400-500nm称为蓝光区，500-600nm称为绿光区，600-700nm称为红光区。第5页/共40页第五页，

3、共41页。光谱(gungp) 色散实验(shyn) 单色光按波长依次排列成的光带称为光谱。第6页/共40页第六页，共41页。单色光与复色光 单色光 只含一种波长(bchng)而不能再分解的光称为单色光。 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。 复色光 两种以上单色光混合成的光。第7页/共40页第七页，共41页。光与色的关系(gun x) 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( jigu)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。 不同的光作用在物体表面后会发生不同的反映 光作用在透明物体上，除部分光被反射、吸收外，相当部分的光能透过物体

4、，物体的颜色由透过物体的光谱成分决定 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。 “色从光而来，色随光而变。” 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。第8页/共40页第八页，共41页。色彩(sci)三属性 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。 色相、明度、饱和度是色彩三属性，也称为色彩三要素，是颜色(yns)的心理属性。 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。第9页/共40页第九页，共41页。色相(s xin)（H） 色彩的相貌(xin

5、gmo)，是色彩最基本的特征，也是色与色之间区分的最明显特征，即根本特征。 可见光谱不同波长的辐射在视觉上就表现为不同的色相。 色相由刺激人眼的光谱成分所决定 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 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） 人眼对色相的分辨力：可见光谱150种，非光谱约30种。 第10页/共40页第十页，共41页。色相(s xin)（H） 在视觉上，色相(s xin)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） 人眼对不同波长光刺激的敏感性不同

6、490nm、590nm阈限为12nm 540nm阈限为34nm 380430nm、655780nm几乎无法分辨第11页/共40页第十一页，共41页。明度(mn d)（L或V） 人眼所感受到色彩的明暗程度。 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。 各种色彩的明度取决于颜色对光的辐射能力。 对于单色光来说，光线越强，其色彩越明亮 就同一物体而言，反/透射的光通量越多，其颜色的明度越大 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。 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。 人眼的分辨力：1明暗变

7、化，600种左右。 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）；各个(gg)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）第12页/共40页第十二页，共41页。饱和度（S或C） 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。 饱和度越高颜色(yns)越鲜艳，饱和度越低颜色(yns)越接近中性色 可见光中光谱中的单色光（光谱色）的饱和度最高 影响因素： 物体表面反射光谱色光的选择性 物体表面光滑度。 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级第

8、13页/共40页第十三页，共41页。色彩三属性(shxng)之间的关系 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，而是人在观察色彩时的视觉心理。 三者关系： 色彩中任何一色都具备这三属性，缺一不可 这三属性是相互独立的，但不能单独存在 色彩的三属性的变化是相互联系、相互影响的 两个(lin )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。第14页/共40页第十四页，共41页。眼睛(yn jing)与视觉 眼睛 作用 成像 感光记录 构造(guzo) 屈光系统 视网膜 锥体细胞 （明视觉器官） 杆体细胞 （暗视觉器官）第15页/共40页第十五页，共4

9、1页。明视觉(shju)与暗视觉(shju) 暗视觉和明视觉称为视觉器官的二重功能。 暗视觉 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 ） 。 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。第16页/共40页第十六页，共41页。光谱(gungp)光视效率 对同一种波长的光而言，光能量越大，光越亮。 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。 不同色相的颜色(yns)，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

10、色，其次是紫色。 实验发现，人眼对光谱色555nm的黄绿光感受性最高。 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。第17页/共40页第十七页，共41页。光谱(gungp)光视效率 555nm的光的光谱光视效率最高，所以定义 V（555）=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。 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(mn n)视觉的光谱光 视效率函数曲线形状相同，说 明明暗(mn n)视觉对可见光的感受大 致相同。第18页/共40页第十八页，共41页。视觉(shju

11、)功能 视角 视角：物体大小对眼睛形成的张角。 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。 放大镜就是通过形成正立的虚像(x xin)，扩大了观察视角，从而使人能够细致观察物体。第19页/共40页第十九页，共41页。视觉(shju)功能 视角 由图可知 当视角较小时， 得出 ，同理 ， d约为17mm 所以像的大小 ，可见像的大小取决于视角。 具有正常视力的人，能分辨物体(wt)空间两点间所形成的最小视角为1。DAtg2222tgDAdstgtgds17sd第20页/共40页第二十页，共41页。视觉(shju)功能 视力（视敏度）：表示视觉辩论物体细节和空间

12、轮廓的能力。 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。 视力以视角进行计算 当人的视觉能够分辨(fnbin)1角度所对应的物体细节时，视力为V=1.0。第21页/共40页第二十一页，共41页。视觉(shju)功能 视场：眼睛视角(shjio)所对应形成的圆面积，称为视场。第22页/共40页第二十二页，共41页。网屏(wn pn)线数计算视力V（）视距D（mm）加网线数N（lpi）线宽A（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1250200

13、0.060.85模糊不可辨12503000.040.27不可辨第23页/共40页第二十三页，共41页。物体(wt)与颜色 颜色分类(fn li) 消色：黑、白、灰一系列中性颜色，也称为非彩色或中性色 彩色：消色物体以外的其他颜色 物体分类(fn li) 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。 发光体：本身能辐射光能，常称为光源。 非发光体：本身不能辐射光能。可分为反射体和透射体。第24页/共40页第二十四页，共41页。透射、反射(fnsh)和吸收 当光照射到物体上时，会产生诸如透射、吸收、反射、漫射、散射、折射和衍射(ynsh)等许多物理现象，但是对色彩成因起主要作用的是

14、透射、反射和吸收。第25页/共40页第二十五页，共41页。物体(wt)呈色机理 消色物体 呈色机理：非选择性吸收或均匀等比吸收 呈色特点 反射光谱与入射光谱相同； 反射光强与入射光强不同； 有明暗变化，色相、饱和度为零； 光谱反（透）射率曲线为一条(y tio)平行于横轴的直线。第26页/共40页第二十六页，共41页。物体(wt)呈色机理 消色物体 随着吸收比例(bl)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。 以反射物体为例： 当10%时为黑色，如黑丝绒的为1%； 当10%75%时就感觉是白色，如MgO的为98.8%，白纸的为88-90% 。第27页/共40页第二十七页

15、，共41页。物体(wt)呈色机理 彩色(cis)物体 呈色机理：选择性吸收或非均匀等比吸收 呈色特点 反射光谱与入射光谱不同； 反射光强与入射光强不同； 色相、明度、饱和度都有变化。第28页/共40页第二十八页，共41页。影响物体(wt)色彩的因素 光源色 光源的光谱成分(chng fn) 色度 距离 环境色（颜色对比现象） 高光区：受光源与固有色影响 漫射区：受光源色、固有色、环境色影响 阴影区：受环境色、固有色影响第29页/共40页第二十九页，共41页。影响(yngxing)物体色彩的因素蓝光照射(zhosh)红光照射(zhosh)第30页/共40页第三十页，共41页。颜色视觉 颜色辨认(

16、binrn) 颜色对比 同时对比 连续对比 颜色适应 亮度适应 暗适应 明适应 颜色适应（负后像） 颜色恒定 色觉缺陷第31页/共40页第三十一页，共41页。颜色视觉理论(lln) 三色学说(xu shu) 对立学说(xu shu) 阶段学说(xu shu)第32页/共40页第三十二页，共41页。三色学说(xu shu) 1801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。 内容 杨认为人的视神经只有感红、感绿、感蓝三种(sn zhn)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(sn zhn)细胞，感受的峰值为680nm,540nm,43

17、0nm。 光谱的不同部分（不要求有连续光谱）引起三种(sn zhn)细胞不同比例的兴奋，根据三种(sn zhn)细胞不同比例的兴奋程度，人的大脑形成不同的色觉。 三色学说建立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。第33页/共40页第三十三页，共41页。三色学说(xu shu) 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。 三色学说最大的缺点是不能解释色盲(smng)现象。 按照三色学说，色盲(smng)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(smng)不仅是色盲(smng)，

18、而且也看不见白色。第34页/共40页第三十四页，共41页。对立(dul)学说 1878年赫林提出的对立学说，也称为四色学说。 依据 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； 找不到偏绿的红或偏蓝的黄，红-绿、黄-蓝是对立的，混合后只能得到灰或白。 内容 视网膜中存在红绿、黄蓝、黑白三种对立感色机制 每一对立机制中的建设（同化）和破坏(phui)（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。第35页/共40页第三十五页，共41页。对立(dul)学说 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(yqi)颜色这一现象给予说明。第36页/共40页第三十六页，共41页。阶段(jidun)学说 现代神经心理学指出，视网膜中确实(qush)存在三种能感受不同波长光的锥体细胞 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）。 阶段学说把三色学说和四色学说统一在一起。第37页/共40页第三十七页，共41页。 阶段学说认为颜色视觉过程可以分成几个阶段。 第一阶段，视网膜