光与颜色的基本概念

光与颜色的基本概念第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五本章主要介绍了光与颜色的基本概念：

1、基本光度单位及其应用2、材料的光学性质3、颜

色4、光源的色温和显色性第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五1、基本光度单位及其应用1.1光通量

1.2发光强度

1.3照度1.4发光强度和照度的关系1.5亮度1.6照度和亮度的关系第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五2、材料的光学性质

2.1材料的反射、吸收、透射系数

2.2定向反射和透射

2.3扩散反射和透射

第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3、颜

色3.1颜色的基本特性

3.1.1颜色形成

3.1.2颜色的分类和属性

3.1.3颜色混合

3.2颜色定量

3.2.1CIE1931标准色度系统

3.2.2孟塞尔表色系统3.3色差

第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五颜色就是光作用于人眼引起的形象以外的视觉特性。颜色是影响光环境质量的要素，同时对人的生理和心理活动产生作用。3.1颜色的基本特性

3.1.1颜色形成

3.1.2颜色的分类和属性

3.1.3颜色混合

第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.1颜色形成在明视觉条件下，色觉正常的人可以感觉出红、橙、黄、绿、蓝和紫色，还可以在两个相邻颜色的过渡区域内看到黄红、绿黄、蓝绿、紫蓝和红紫等中间色。从颜色的显现方式上可将颜色分为光源色和物体色。光源色：光源是能发光的物理辐射体，如灯、太阳等。光源辐射多个单色光对应的辐射能量不同，引起的颜色视觉不同。辐射能量集中于光短波部分的色光会引起蓝色的视觉，如天空光蓝色（冷色）。辐射能量集中于光长波部分的色光会引起红色的视觉，如太阳光红黄色（暖色）。第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.1颜色形成物体色：光被物体反射或透射后的颜色是物体色。物体色即与光源的光谱能量分布有关，又与物体表面的光谱反射比或透射比分布有关。一张红纸，用白光照射时反射红色光（其它色被吸收）；绿光照射时呈现黑色（入射光中没有红色供反射）。第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.2颜色的分类和属性纯白和纯黑的物体实际上并不存在，光反射比最高约为0.98（氧化镁），接近纯白；光反射比最低约为0.02（黑丝绒），接近纯黑。一般的，物体表面的光反射比在0.8以上为白色；光反射比在0.04以下为黑色；无彩色：无彩色指从白到黑的一系列中性灰色。第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.2颜色的分类和属性对于光源来说，无彩色的白黑变化相应于白光的亮度变化。当光的亮度非常高时，就认为是白色的；光的亮度很低时认为是灰色的；无光时为黑色。

亮度：由大变小

无色彩：由白变灰，由灰变黑第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.2颜色的分类和属性有彩色：有彩色指除无彩色以外的各种颜色。有彩色可以按照色调（色相）、明度、彩度(也叫饱和度)三种独立的属性分别加以描述。第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.2颜色的分类和属性色调是各彩色彼此相互区分的视感觉的特性。色调用红、黄、绿、蓝、紫等来说明每一种颜色的范围。光源的色调取决于辐射的光谱组成对人产生的视感觉；各种单色光在白色背景上呈现的颜色，就是光源色的色调。物体的色调取决于光源的光谱组成和物体反射(透射)的各波长光辐射比例对人产生的视感觉。如果日光下物体表面反射480—550nm波段的光辐射，相对吸收其他波段的光辐射，则该物体表面为绿色，这就是物体色的色调。第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.2颜色的分类和属性明度是颜色相对明暗的视感觉特性。彩色光的亮度愈高，人眼感觉愈明亮，它的明度就愈高；物体色的明度则反映光反射比(或光透射比)的变化，光反射比大的物体色明度高，无彩色只有明度这一个颜色属性的差别。第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.2颜色的分类和属性彩度是用等距离明度无彩点的视知觉特性来表示物体表面颜色的浓淡，并给予分度。简言之，彩度指的是彩色的纯洁性。物体色的彩度决定于该物体反射(或透射)光谱辐射的选择性程度，如果选择性很高，则该物体色的彩度就高。第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.3颜色混合色度学中颜色视觉实验表明，任何颜色的光均能以三种纯光谱波长的光来正确模拟。通过红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色可以获得最多的混合色。所以，将红(700.0nm)、绿(546.1nm)、蓝(435.8nm)三色称为加色法的三原色。第十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.1.3颜色混合颜色可以相互混合颜色混合分为光源色的相加混合——加色法物体色的减法混合——减色法第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五加色法的规律：①每一种颜色都有一个相应的补色。颜色与其补色以适当比例混合得出白色或灰色，二者称为互补色。如红色和青色，绿色和品红色，蓝色和黄色等。②任何两个非互补色相混合可以得出两色中间的混合色，中间色的色调决定于两种颜色的比例大小，并偏向比例大的颜色，中间色的彩度决定于两者在红、橙、黄、绿、蓝、紫色色调顺序上的远近，两者相距愈近彩度愈大。第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五加色法的规律：③表观颜色相同的色光，不管它们的光谱组成是否一样，颜色相加混合中具有相同的效果。如果颜色A=颜色B，颜色C=颜色D，那么有颜色混合的加法定律：颜色A+颜色C=颜色B+颜色D常称为格拉斯曼定律(代替律)。第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五加色法的规律：④混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和。颜色的相加混合应用于不同光色的光源的混光照明和舞台照明等。第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五颜色的减色法

颜色的减色法是指染料和彩色涂料的颜色混合以及不同颜色滤光片的组合，在颜色的减法混合中，为了获得较多的混合色，应控制红、绿、蓝三色，而采用红、绿、蓝三色的补色（青色、品红色、黄色）三个减法原色。青色吸收光谱中红色部分，反射或透射其他波长的光辐射，称为“减红”原色；品红色吸收光谱中绿色部分，称为“减绿”原色；黄色吸收光谱中蓝色部分，称为“减蓝”原色。第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五(减红)(减绿)(减蓝)第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五颜色的减色法

当两个滤光片重叠或两种颜料混合时，相减混合得到的颜色总要比原有的颜色暗些。如将品红色和黄色颜料混合，因品红色“减绿”和黄色“减蓝”而呈红色。如果将品红、青、黄三种减法原色按适当比例混在一起，则可使有彩色全被减掉而呈现黑色。第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五青品红黄蓝绿红第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五

3.2颜色定量从视觉的观点来描述自然界景物的颜色时，可用白、灰、黑、红、橙、黄、绿、蓝、紫等颜色名称来表示。但是，即使颜色辨别能力正常的人对颜色的判断也不完全相同。为了精确地规定颜色，就必须建立定量的表色系统（色度系统）。表色系统就是用规定的符号按一系列规定和定义表示颜色的系统。表色系统有两大类：CIE1931标准色度系统和孟塞尔色度系统。第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.2.1CIE1931标准色度系统国际照明委员会(CIE)1931以色刺激表示的标准色度系统。这一系统的特点是用严格的数学方法来计算和规定颜色。使用这一系统，任何一种颜色都能用两个色坐标在色度图上表示出来，如教材P151图7-32所示。第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五光谱三刺激值、、曲线分别代表匹配各波长等能光谱刺激所需要的红、绿、蓝三原色的量。3.2.1CIE1931标准色度系统CIE选用三个设想的原刺激[X]、[y]、[Z]，并采用了在2°视场观察条件下的等色实验结果，规定了标准色度观测者的三条相对光谱灵敏度曲线，或以表格形式给出光谱三刺激值。在理论上，要想得到某一波长的光谱颜色，可在P150图7-31上或表中查出相应的光谱，根据CIEl931标准色度观察者光谱三刺激值，并按数量的红、绿、蓝设想的原色相加，便能得到该光的光谱色。第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.2.1CIE1931标准色度系统按以下三式求出匹配任何一种颜色的三刺激值

XYZ式中

——颜色刺激函数，在计算光源色时，有—光源的相对光谱功率分布k——调整因数，它是将y值调整为100时得出的，即△λ——波长间隔，单位nm第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.2.1CIE1931标准色度系统

在CIEl931标准色度系统中，颜色的色品坐标就是每一刺激值与三刺激值之和的比值，分别用x、y、z表示。于是有只用两个独立的坐标表示即可，即x、y坐标。第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五X、Y、Z分别是是[X]、[y]、[Z]刺激的分量，分别相当于红原色比例、绿原色比例和蓝原色的比例。图2-23是根据CIEl931标准色度系统绘制出来的，并在图上标注了相应颜色名称。图中马蹄形曲线表示单一波长的光谱轨迹，并标注了相应的波长。把光谱轨迹的紫、红两端连起来的直线称为紫红轨迹，所有真实的颜色都包含在光谱轨迹和紫红轨迹为边界的面积之内。第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五图上马蹄形曲线是单一波长的光谱色轨迹，色度图的中心E点是等能白光。一种颜色的坐标点距光谱轨迹愈近，距E点愈远，彩度愈高，颜色愈纯，反之愈低。计算物体色的色品坐标应采用CIE标准照明体。CIE规定的入射在物体上的一个特定的性对光谱功率分布，但不一定有实现这一光谱分布的真实光源。CIE标准照明体A、B、C、D65的相对光谱规律分布，均以表格形式给出。第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五在色度学计算中，最常用到的是标准照明体A和D65。目前CIE已规定了标准光源A(分布温度2856K的透明玻壳充气钨丝灯)和标准光源C(标准光源A和戴维斯—吉伯逊溶液滤光器组合而成的，分布温度为6774K的光源)。在不同照明条件下，物体色会发生改变，色品坐标也会有所不同，是因为颜色刺激函数为光源的相对光谱功率分布于物体表面的相对反射比之积（或与物体表面辐亮度因数或与物体的光谱透射比之积），即第三十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五

进行计算时注意到气体放电源既有连续光谱，还有亮线光谱波长和辐射功率的变化。计算方法与连续光谱的方法一样，即分别乘以光谱三刺激值，并与连续光谱计算值一起累加。第三十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五40543654657862.05100.0094.0832.35解根据三刺激值计算公式和色品坐标，可取k=1。又因为本例是