光與顏色的基本概念

光與顏色的基本概念第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日本章主要介紹了光與顏色的基本概念：

1、基本光度單位及其應(yīng)用2、材料的光學(xué)性質(zhì)3、顏

色4、光源的色溫和顯色性第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日1、基本光度單位及其應(yīng)用1.1光通量

1.2發(fā)光強度

1.3照度1.4發(fā)光強度和照度的關(guān)系1.5亮度1.6照度和亮度的關(guān)系第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、材料的光學(xué)性質(zhì)

2.1材料的反射、吸收、透射系數(shù)

2.2定向反射和透射

2.3擴散反射和透射

第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日3、顏

色3.1顏色的基本特性

3.1.1顏色形成

3.1.2顏色的分類和屬性

3.1.3顏色混合

3.2顏色定量

3.2.1CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)

3.2.2孟塞爾表色系統(tǒng)3.3色差

第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日顏色就是光作用于人眼引起的形象以外的視覺特性。顏色是影響光環(huán)境質(zhì)量的要素，同時對人的生理和心理活動產(chǎn)生作用。3.1顏色的基本特性

3.1.1顏色形成

3.1.2顏色的分類和屬性

3.1.3顏色混合

第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.1顏色形成在明視覺條件下，色覺正常的人可以感覺出紅、橙、黃、綠、藍和紫色，還可以在兩個相鄰顏色的過渡區(qū)域內(nèi)看到黃紅、綠黃、藍綠、紫藍和紅紫等中間色。從顏色的顯現(xiàn)方式上可將顏色分為光源色和物體色。光源色：光源是能發(fā)光的物理輻射體，如燈、太陽等。光源輻射多個單色光對應(yīng)的輻射能量不同，引起的顏色視覺不同。輻射能量集中于光短波部分的色光會引起藍色的視覺，如天空光藍色（冷色）。輻射能量集中于光長波部分的色光會引起紅色的視覺，如太陽光紅黃色（暖色）。第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.1顏色形成物體色：光被物體反射或透射后的顏色是物體色。物體色即與光源的光譜能量分布有關(guān)，又與物體表面的光譜反射比或透射比分布有關(guān)。一張紅紙，用白光照射時反射紅色光（其它色被吸收）；綠光照射時呈現(xiàn)黑色（入射光中沒有紅色供反射）。第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.2顏色的分類和屬性純白和純黑的物體實際上并不存在，光反射比最高約為0.98（氧化鎂），接近純白；光反射比最低約為0.02（黑絲絨），接近純黑。一般的，物體表面的光反射比在0.8以上為白色；光反射比在0.04以下為黑色；無彩色：無彩色指從白到黑的一系列中性灰色。第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.2顏色的分類和屬性對于光源來說，無彩色的白黑變化相應(yīng)于白光的亮度變化。當(dāng)光的亮度非常高時，就認為是白色的；光的亮度很低時認為是灰色的；無光時為黑色。

亮度：由大變小

無色彩：由白變灰，由灰變黑第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.2顏色的分類和屬性有彩色：有彩色指除無彩色以外的各種顏色。有彩色可以按照色調(diào)（色相）、明度、彩度(也叫飽和度)三種獨立的屬性分別加以描述。第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.2顏色的分類和屬性色調(diào)是各彩色彼此相互區(qū)分的視感覺的特性。色調(diào)用紅、黃、綠、藍、紫等來說明每一種顏色的范圍。光源的色調(diào)取決于輻射的光譜組成對人產(chǎn)生的視感覺；各種單色光在白色背景上呈現(xiàn)的顏色，就是光源色的色調(diào)。物體的色調(diào)取決于光源的光譜組成和物體反射(透射)的各波長光輻射比例對人產(chǎn)生的視感覺。如果日光下物體表面反射480—550nm波段的光輻射，相對吸收其他波段的光輻射，則該物體表面為綠色，這就是物體色的色調(diào)。第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.2顏色的分類和屬性明度是顏色相對明暗的視感覺特性。彩色光的亮度愈高，人眼感覺愈明亮，它的明度就愈高；物體色的明度則反映光反射比(或光透射比)的變化，光反射比大的物體色明度高，無彩色只有明度這一個顏色屬性的差別。第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.2顏色的分類和屬性彩度是用等距離明度無彩點的視知覺特性來表示物體表面顏色的濃淡，并給予分度。簡言之，彩度指的是彩色的純潔性。物體色的彩度決定于該物體反射(或透射)光譜輻射的選擇性程度，如果選擇性很高，則該物體色的彩度就高。第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.3顏色混合色度學(xué)中顏色視覺實驗表明，任何顏色的光均能以三種純光譜波長的光來正確模擬。通過紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏色可以獲得最多的混合色。所以，將紅(700.0nm)、綠(546.1nm)、藍(435.8nm)三色稱為加色法的三原色。第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.1.3顏色混合顏色可以相互混合顏色混合分為光源色的相加混合——加色法物體色的減法混合——減色法第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日加色法的規(guī)律：①每一種顏色都有一個相應(yīng)的補色。顏色與其補色以適當(dāng)比例混合得出白色或灰色，二者稱為互補色。如紅色和青色，綠色和品紅色，藍色和黃色等。②任何兩個非互補色相混合可以得出兩色中間的混合色，中間色的色調(diào)決定于兩種顏色的比例大小，并偏向比例大的顏色，中間色的彩度決定于兩者在紅、橙、黃、綠、藍、紫色色調(diào)順序上的遠近，兩者相距愈近彩度愈大。第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日加色法的規(guī)律：③表觀顏色相同的色光，不管它們的光譜組成是否一樣，顏色相加混合中具有相同的效果。如果顏色A=顏色B，顏色C=顏色D，那么有顏色混合的加法定律：顏色A+顏色C=顏色B+顏色D常稱為格拉斯曼定律(代替律)。第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日加色法的規(guī)律：④混合色的總亮度等于組成混合色的各顏色光亮度的總和。顏色的相加混合應(yīng)用于不同光色的光源的混光照明和舞臺照明等。第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日顏色的減色法

顏色的減色法是指染料和彩色涂料的顏色混合以及不同顏色濾光片的組合，在顏色的減法混合中，為了獲得較多的混合色，應(yīng)控制紅、綠、藍三色，而采用紅、綠、藍三色的補色（青色、品紅色、黃色）三個減法原色。青色吸收光譜中紅色部分，反射或透射其他波長的光輻射，稱為“減紅”原色；品紅色吸收光譜中綠色部分，稱為“減綠”原色；黃色吸收光譜中藍色部分，稱為“減藍”原色。第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日(減紅)(減綠)(減藍)第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日顏色的減色法

當(dāng)兩個濾光片重疊或兩種顏料混合時，相減混合得到的顏色總要比原有的顏色暗些。如將品紅色和黃色顏料混合，因品紅色“減綠”和黃色“減藍”而呈紅色。如果將品紅、青、黃三種減法原色按適當(dāng)比例混在一起，則可使有彩色全被減掉而呈現(xiàn)黑色。第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日青品紅黃藍綠紅第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日

3.2顏色定量從視覺的觀點來描述自然界景物的顏色時，可用白、灰、黑、紅、橙、黃、綠、藍、紫等顏色名稱來表示。但是，即使顏色辨別能力正常的人對顏色的判斷也不完全相同。為了精確地規(guī)定顏色，就必須建立定量的表色系統(tǒng)（色度系統(tǒng)）。表色系統(tǒng)就是用規(guī)定的符號按一系列規(guī)定和定義表示顏色的系統(tǒng)。表色系統(tǒng)有兩大類：CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)和孟塞爾色度系統(tǒng)。第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.2.1CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)國際照明委員會(CIE)1931以色刺激表示的標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的特點是用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法來計算和規(guī)定顏色。使用這一系統(tǒng)，任何一種顏色都能用兩個色坐標(biāo)在色度圖上表示出來，如教材P151圖7-32所示。第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日光譜三刺激值、、曲線分別代表匹配各波長等能光譜刺激所需要的紅、綠、藍三原色的量。3.2.1CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)CIE選用三個設(shè)想的原刺激[X]、[y]、[Z]，并采用了在2°視場觀察條件下的等色實驗結(jié)果，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)色度觀測者的三條相對光譜靈敏度曲線，或以表格形式給出光譜三刺激值。在理論上，要想得到某一波長的光譜顏色，可在P150圖7-31上或表中查出相應(yīng)的光譜，根據(jù)CIEl931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值，并按數(shù)量的紅、綠、藍設(shè)想的原色相加，便能得到該光的光譜色。第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.2.1CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)按以下三式求出匹配任何一種顏色的三刺激值

XYZ式中

——顏色刺激函數(shù)，在計算光源色時，有—光源的相對光譜功率分布k——調(diào)整因數(shù)，它是將y值調(diào)整為100時得出的，即△λ——波長間隔，單位nm第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.2.1CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)

在CIEl931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中，顏色的色品坐標(biāo)就是每一刺激值與三刺激值之和的比值，分別用x、y、z表示。于是有只用兩個獨立的坐標(biāo)表示即可，即x、y坐標(biāo)。第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日X、Y、Z分別是是[X]、[y]、[Z]刺激的分量，分別相當(dāng)于紅原色比例、綠原色比例和藍原色的比例。圖2-23是根據(jù)CIEl931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)繪制出來的，并在圖上標(biāo)注了相應(yīng)顏色名稱。圖中馬蹄形曲線表示單一波長的光譜軌跡，并標(biāo)注了相應(yīng)的波長。把光譜軌跡的紫、紅兩端連起來的直線稱為紫紅軌跡，所有真實的顏色都包含在光譜軌跡和紫紅軌跡為邊界的面積之內(nèi)。第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日圖上馬蹄形曲線是單一波長的光譜色軌跡，色度圖的中心E點是等能白光。一種顏色的坐標(biāo)點距光譜軌跡愈近，距E點愈遠，彩度愈高，顏色愈純，反之愈低。計算物體色的色品坐標(biāo)應(yīng)采用CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體。CIE規(guī)定的入射在物體上的一個特定的性對光譜功率分布，但不一定有實現(xiàn)這一光譜分布的真實光源。CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C、D65的相對光譜規(guī)律分布，均以表格形式給出。第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日在色度學(xué)計算中，最常用到的是標(biāo)準(zhǔn)照明體A和D65。目前CIE已規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)光源A(分布溫度2856K的透明玻殼充氣鎢絲燈)和標(biāo)準(zhǔn)光源C(標(biāo)準(zhǔn)光源A和戴維斯—吉伯遜溶液濾光器組合而成的，分布溫度為6774K的光源)。在不同照明條件下，物體色會發(fā)生改變，色品坐標(biāo)也會有所不同，是因為顏色刺激函數(shù)為光源的相對光譜功率分布于物體表面的相對反射比之積（或與物體表面輻亮度因數(shù)或與物體的光譜透射比之積），即第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日

進行計算時注意到氣體放電源既有連續(xù)光譜，還有亮線光譜波長和輻射功率的變化。計算方法與連續(xù)光譜的方法一樣，即分別乘以光譜三刺激值，并與連續(xù)光譜計算值一起累加。第三十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日40543654657862.05100.0094.0832.35解根據(jù)三刺激值計算公式和色品坐標(biāo)，可取k=1。又因為本例是