色度学

西南大学SouthwestUniversity色度学第一节颜色视觉基础第一节颜色视觉基础一．颜色的定义1.颜色是除了空间的和时间的不均匀性以外的光的一种特性，即光的辐射能刺激视网膜而引起观察者通过视觉而获得的景象。——美国光学学会（OpticalSocietyofAmerica）色度学委员会2.颜色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性。——在我国国家标准GB5698-85中二．色彩感觉的形成过程第一节颜色视觉基础光彩色的物体人眼大脑识别，产生色感觉1.光与色的关系①光的色散a.单色光：b.复色光：第一节颜色视觉基础2.可见光①能够在人的视觉系统上引起明亮的颜色感觉的电磁辐射。②光谱色：组成光谱的各种颜色。第一节颜色视觉基础X射线紫外线红外线电磁波ץ射线400nm500nm600nm700nm3807804004905707003.相对光谱能量分布第一节颜色视觉基础分光辐射度计原理图常见光源相对光谱能量分布曲线第一节颜色视觉基础4.光源色温色温定义：某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。色表相关色温暖中间冷3300K3300~5300K5300K常见光源色温光源色温（K）晴天室外光13000全阴天室外光6500白天直射日光555045°斜射日光4800昼光色、荧光灯6500氙灯5600炭精灯5500～65005.光源显色性光源显色性和色温是光源的两个重要的颜色指标。色温是衡量光源色的指标，而显色性是衡量光源视觉质量的指标。第一节颜色视觉基础6.光源三刺激值在定量研究中我们发现，某种光源所发出的光，可以通过红、绿、蓝三种单色光按不同比例混合匹配产生。这种用来匹配某一特定光源所需要的红、绿、蓝三原色的量叫做该光源三刺激值。光源的红、绿、蓝三刺激值分别用X0、Y0、Z0来表示。7.标准光源①标准光源A：色温为2856K的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄。（X0=109.87，Y0=100.00，Z0=35.59）②标准光源B：色温为4874K，由A光源加罩B型D-G液体滤光器组成。光色相当于中午日光（X0=99.09，Y0=100.00，Z0=85.32）。③标准光源C：色温为6774K，由A光源加罩C型D-G液体滤光器组成，光色相当于有云的天空光（X0=98.07，Y0=100.00，Z0=118.18）。④模拟D65人造光源分别为：带滤光器的高压氙弧灯、带滤光器的白炽灯和荧光灯（X0=95.05，Y0=100.00，Z0=108.91）。第一节颜色视觉基础三．色彩的物理理论1.色光加色法①色光原色：红、绿、蓝色光波长分别为700.2nm,546.1nm,435.8nm。②色光加色：③红（R）＋绿（G）＝黄（Y）红（R）＋蓝（B）＝品红（M）蓝（B）＋绿（G）＝青（C）红（R）＋绿（G）＋蓝（B）＝白（W）④色光的相加（混合）所获得的新色光其亮度等于相加色光的亮度之和。第一节颜色视觉基础网点并列2.色料减色法①色料三原色：黄色（减蓝色）、品红色（减绿色）、青色（减红色）②Y＋M＝W－B－G＝RY＋C＝W－B－R＝GC＋M＝W－R－G＝BY＋M＋C＝W－B－G－R＝O（黑）③色料的相加（混合）所获得的颜色其明度降低，故称色料的混合为减色法在CorelDRAW9.0（或Photoshop）中，可以看出色彩的明度顺序是：白、黄、青、绿、品红、红、蓝、黑。RGB模式为加色法模式，色光混合亮度增加，RGB的值相加数值越大色彩越明亮。CMY模式为减色法模式，色料混合光能量减小，CMY的值相加数值越大色彩越深暗。四．彩色物体彩色物体选择吸收(或透过)部分波长的色光，反射(透射)其余波长的色光而呈现了颜色。1.物体色：该物体本身不发光，而是从被照射的光里选择性吸收了一部分光谱波长的色光，而反射（或透过）剩余的色光，我们所看到的色彩是剩余的色光，这就是物体的颜色，简称物体色。2.固有色：物体在标准日光下的颜色。3.影响物体颜色的因素：光源（光谱、亮度、距离）、传播介质、环境色等环境色对物体颜色的影响为何感觉不真实？？？参考：人眼的视觉特性五、人眼视网膜内的光感受器视杆细胞（rods）负责低分辨率的、单色的、夜间的视觉。【暗视觉】视锥细胞（cones）负责高分辨率的、彩色的、白天的视觉。【明视觉】六、大脑颜色视觉理论颜色视觉理论共有三类：杨—赫姆霍尔兹的三色学说，赫林的对立颜色学说，阶段学说。RGBY-BLR-G颜色视觉机制示意图1.杨一赫姆霍尔兹学说①假设在视网膜上有三种视神经纤维（感红纤维、感绿纤维和感蓝纤维），除了有各自的主感色光外，也能对其它不同波长的色光有一定的感受兴奋水平。①每种神经纤维的兴奋都引起一种原色的感觉。光作用于视网膜上虽然能同时引起三种纤维的兴奋，但是，由于光的波长特征，其中一种纤维的兴奋特别强烈，产生一种颜色感觉。②在产生某一种颜色感觉时，虽然是一种纤维兴奋最强烈．但是，另外两种纤雏也兴奋｛很弱〕即同时有三种纤维活动．所以每种颜色都有白光成分；即有亮度感觉。③在颜色混合中，混合色是三种纤维按特定比例同时兴奋的结果。2.赫林的对立颜色学说假定视网膜中有三对视素：黑一白视素，红—绿视素，黄一蓝视素。①这三对视素的代谢作用包括建设（同化）和破坏（异化）两种对立的过程。白光刺激破坏黑一白视素，引起神经冲动产生白色感觉，无光刺激时，黑一白视素便重新“建设”起来，所引起的神经冲动产生黑色感觉；对红～绿视素，红光起破坏作用，绿光起建设作用；对黄一蓝视素，黄光起破坏作用，蓝光起建设作用。②各种颜色都有一定的亮度，即含有白色成分，所以每一种颜色不仅影响其本身视素的活动，而且也影响黑一白视素的活动。三对视素的对立过程的组合，产生各种颜色感觉和颜色混合现象。3、阶段学说第一阶段：视网膜上三种锥体细胞感受光的刺激产生兴奋。第二阶段：经过编码的视觉信息向大脑皮层传导时，变成了四色机制。第一种颜色编码信号是红-绿信号，它接受来自红、绿两种锥体的输入，然后依据它们相对的强弱发生信号。第二种颜色信号是黄-蓝信号，在这里黄色信息是由来自红和绿两种锥体的输入加以混合而得到的。第三种颜色编号信号是光的亮度（白-黑）信号。第三阶段：大脑皮层的视觉中枢接受这些输送来的信息，通过整理加工，产生各种色彩感觉。RGBY-BLR-G颜色视觉机制示意图第二节颜色表示方法第二节颜色的分类和特性一．颜色的分类颜色分为非彩色和彩色两大类。1.非彩色就是黑、白以及从黑暗到最亮的各种灰色。白色、黑色和灰色物体对光谱各波长的反射没有选择性，称为中性色.当物体表面对可见光谱所有波长的辐射的反射率都在80％～90％以上时，视觉上的感觉便是白色。若反射率均在4％以下则是黑色。白色、黑色和灰色物体对光谱各波长的反射没有选择性，称它们为中性特色。2.彩色：黑白系列以外的各种颜色称为彩色。任何一种彩色均由三个量表示：色相、亮度和饱和度。①色相：RYGCBM0+100②亮度：在光度学上把颜色的亮度描述成光的数值（即光的能量）。可以用光度计测量。一般认为，彩色物体表面的反射率高，它们亮度就大。饱和度(Saturation)1000③饱和度WCCS3.颜色立体:用三维空间的立体表示色相、亮度和饱和度。色相明度饱和度二．孟塞尔颜色系统表示法孟塞尔所创建的颜色系统是用颜色立体模型表示颜色的方法。它是一个三维类似球体的空间模型，把物体各种表面色的三种基本属性色相、明度、饱和度全部表示出来。以颜色的视觉特性来制定颜色分类和标定系统，以按目视色彩感觉等间隔的方式，把各种表面色的特征表示出来。目前国际上已广泛采用孟塞尔颜色系统作为分类和标定表面色的方法。中央轴代表无彩色黑白系列中性色的明度等级，黑色在底部，白色在顶部，称为孟塞尔明度值。它将理想白色定为10，将理想黑色定为0。孟塞尔明度值由0-10，共分为11个在视觉上等距离的等级。孟塞尔颜色立体:孟塞尔颜色立体水平剖面上表示10种基本色：5种原色：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）5种间色：黄红（YR）、绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。在上述10种主要色的基础上再细分为40种颜色，全图册包括40种色相样品。孟塞尔颜色立体水平剖面孟塞尔颜色标定方法1.任何颜色都可以用颜色立体上的色相、明度值和彩度这三项坐标来标定，并给一标号：HV/C=色相/明度值/彩度例如标号为10Y8/12的颜色：它的色相是黄（Y）与绿黄（GY）的中间色，明度值是8，彩度是12。这个标号还说明，该颜色比较明亮，具有较高的彩度。3YR6/5标号表示：色相在红（R）与黄红（YR）之间，偏黄红，明度是6，彩度是5。2.对于非彩色的黑白系列（中性色）用N表示，在N后标明度值V，斜线后面不写彩度。NV/=中性色明度值/例如标号N5/的意义：明度值是5的灰色。3.另外对于彩度低于0.3的中性色，如果需要做精确标定时，可采用下式：NV/(H，C)=中性色明度值/(色相，彩度)例如标号为N8/（Y，0.2）的颜色，该色是略带黄色明度为8的浅灰色。98765432105Y9/145PB3/12孟塞尔颜色立体的Y-PB垂直剖面《孟塞尔颜色图册》是以颜色立体的垂直剖面为一页依次列入。整个立体划分成40个垂直剖面，图册共40页，在一页里面包括同一色相的不同明度值、不同彩度的样品。三．CIE标准色度学系统1.CIE1931RGB真实三原色表色系统①颜色匹配实验C=R（R）+G（G）+B（B）图5-24颜色匹配实验②三原色的单位量国际照明委员会（CIE）规定红、绿、蓝三原色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm，在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时就能匹配出等能白光，所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即（R）：（G）：（B）=1：1：1。尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。③CIE-RGB光谱三刺激值CIE-RGB光谱三刺激值是317位正常视觉者，用CIE规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从380nm到780nm所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。1.00930.0120-0.02130.318600.00379-0.006734451.00360.0048-0.00840.312280.00149-0.002614400.9995-0.00070.00120.29012-0.000210.000364350.9960-0.00480.00880.24769-0.001190.002184300.9934-0.00760.01420.18575-0.001430.002664250.9913-0.00940.01810.11541-0.001100.002114200.9897-0.01040.02070.06637-0.000700.001394150.9884-0.01090.02250.03707-0.000410.000844100.9874-0.01110.02370.01969-0.000220.000474050.9865-0.01120.02470.01214-0.000140.000304000.9857-0.01130.02560.00647-0.000070.000173950.9851-0.01140.02630.00359-0.000040.000103900.9846-0.01140.02680.00189-0.000020.000053850.9843-0.01150.02720.00117-0.000010.00003380b（l）g（l）r（l）色度坐标光谱三刺激值（毫微米）实验时，匹配光谱每一波长为入的等能光谱色所对应的红、绿、蓝三原色数量，称为光谱三刺激值，记为：它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、绿、蓝三原色的专用符号。因此，匹配波长为l的等能光谱色C（入）的颜色方程为