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色彩原理与应用
色彩原理与应用
一、光的颜色特性：
1、颜色国家标准定义：色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性
2、光是一种能在人眼的视觉系统中引起明亮感觉的电磁辐射（大致10-14----数千千米）
3、可见光（可见光谱）：波长在380----780nm波长范围的那部分电磁辐射
注：单位：nm（纳米），1nm=10-9m
4、色散：白光被分解成各种色光的现象（紫色光折射系数最大，偏离最大；红色光折射系数最小，偏离最小） 5、单色光（光谱色）：只含有一种波长而不能再分解的光 光色 波长λ（nm） 主波长（nm） 红（red） 630----780 700 橙（orange） 600----630 620 黄（yellow） 570----600 580 绿（green） 500----570 550 青（cyan） 470----500 500 蓝（blue） 420----470 470 紫（purple） 380----420 420 注：光谱不受光强度变化的影响的要素：红（478nm）、绿（503nm）、572（nm） 6、复色光：单色光混合而成的光 注：人们大多见的都是复色光
7、光源的光谱功率分布：光源中各个波长色光的辐射功率按波长的分布，即功率是波长的函数 （1）类型：
①线状光谱，如：宝石激光 ②带状光谱，如：紫外线
③连续光谱，如：阳光、白炽灯 ④混合光谱：如：荧光灯
（2）光谱功率分布的特性主要影响颜色
8、光源的光谱功率分布曲线：功率的函数的曲线 注：不同光源具有不同的光谱功率分布曲线
9、光源的颜色：取决于光谱分布中各单色光的相对比例，而不是它们的能量绝对值
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10、相对光谱功率分布：令光谱功率分布函数的最大值为1或100，将函数的其他值进行归一化，经过归化后的反光谱功率分布，记作：S（λ）
11、光源的颜色特性：取决于不同波长单色光的能量比例，与光谱辐射能量的绝对值无关，绝对值的大小只反映光源发光强度的大小，只决定光源的亮、暗感觉，不会引起光源颜色感觉的变化 注：可见光是一种能在人眼的视觉系统上引起明亮感觉的电辐射，也是人们感觉所有物体形态和颜色的唯一物质 12、色觉三要素： （1）光线的照射
（2）呈现颜色的物体（物体的透射） （3）功能正常的视觉器官及大脑 二、物体的颜色特性： 1、类型：
（1）发光体（光源）：能自行向外界辐射光能 （2）非发光体：本身不辐射光能的物体
2、发光体的颜色形成：由光源中不同的光谱成分共同决定的 注：哪种光谱成分的比例大，则发光体的颜色就偏向于哪种光源 3、非发光体的颜色形成：
（1）光谱特性：物体的这种特性 （2）类型：
①消色物体：随着吸收比例的不同，物体在日光下将呈现从白色、各种灰色到黑色的一系列中性颜色物体
②彩色物体：选择性吸收特性的物体 4、非选择吸收（等比吸收）：当白光照射到物体上时，该物体表面对白光中光谱各段的辐射能做等量吸收，而反射或透射光谱组成比例不会改变
5、选择性吸收：当白光照射在物体上，物体对不同波长的光具有不同的吸收率，对某些波长的光吸收多些，对另一些吸收少些
注：经过选择性吸收以后，其反射或透射的光与入射光比较，不仅能量（光强）上有所减弱，光谱成分也发生了改变 6、要点：
（1）物体的光谱反射率是由物体的自身材料所决定的，不会随照明光源和观察条件而改变
（2）具有相同光谱反射率的物体用不同的光源照明，因为不同光源所发光的光谱成分不同，就会产生不同的颜色刺激 三、视觉的生理基础： 1、眼球的构造： （1）屈光系统：
①作用：将不同远近的物体清晰地成像在视网膜上 ②器官（如左图） （2）感光系统：
①过程：当眼睛注视外界物体时，由
物体发出的光线通过角膜、房水、晶状体及玻璃体折射，聚焦成像于人眼感光记录系统——视网膜上
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②视网膜的构成：（三层）
a.最外层是锥体细胞（明视觉器官）和杆体细胞（暗视觉器官） b.中层为双极细胞，起桥梁作用 c.最内层主要含有神经节细胞
注：人眼是靠锥体细胞视觉和杆体细胞视觉转换来适应照度的变化 2、暗视觉：杆体细胞的作用 注：
⑴暗视觉只能分辨出物体的形状和明暗 ⑵在这种条件下，对色光最敏感的波长为510nm
⑶杆体细胞适合于10-2尼特以下条件工作 3、明视觉：锥体细胞的作用（红光只对其起作用）
注：明视觉能分辨出物体的细节与颜色 4、视觉器官的两重功能：暗视觉和明视觉 5、光谱光视效率：眼睛的灵敏度与波长的依赖关系
四、颜色视觉理论： 1、三色学说：（扬?赫姆霍尔兹提出）
（1）内容：人的视神经只有感红、感绿、感蓝三种基本视神经，感受的峰值为680nm、540nm、430nm。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 （2）依据：颜色混合规律 （3）特点：
①优点：解释负后像等情况，它认为负后像是神经疲劳的结果 ②缺点：不能解释色盲现象
（4）影响：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
2、对立学说（四色学说）：（赫林）
（1）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（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 （2）依据：视觉现象 （3）特点：
①优点：解释色盲现象、负后像等现象
②缺点：没有对三原色能产生光谱一切颜色这一现象给予说明 注：颜色感觉不属于阶段性学说的三个阶段 3、阶段学说理论：
（1）内容：阶段学说是三色学说和四色学说的统一，并认为颜色视觉过程可以分成几个阶段：
①视网膜的锥体感受是一个三色机制
②在神经兴奋由锥体感受向视觉中枢的传导过程中，形成四色机制； ③在大脑皮层的视觉中枢里产生各种颜色感觉
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（2）依据：视觉生理学的两个发现 五、颜色的分类：
1、非彩色（白黑系列）：白色、黑色和各种深浅不同的灰色组成的系列 注：当物体表面对可见光谱所有波长反射比都在80%~90%以上时，该物体为白色；当反射比均在4%以下时，该物体为黑色；介于两者之间是不同程度的灰色 2、彩色：白黑系列以外的各种颜色 六、颜色的视觉属性：
1、颜色的三属性（颜色三要素）： （1）色相：
①定义：色彩的相貌，是色彩最基本的特征，也是色与色彼此相互区分最明显的特征
②特性：由刺激人眼的光谱成分所决定。颜色主波长相同，色相便相同；主波长不同，色相就有差别 ③色相环：（如左图） 0°——R 60°——Y 120°——G 180°—— C 240°——B 300°——M
④人眼对的色相分辨能力：
a.对不同的波段，分辨能力是不同的 b.敏感程度：
I.490nm附近的青绿光谱段和590nm附近的橙黄光谱段最强，约1~2nm II.540nm绿色光谱段次之，约3～4 nm III.光谱两端差,约7～8 nm
c. 一般人眼可以分辨的光谱色色相为100多种，谱外色约30种左右 注：光强度变化会引起色相的变化 （2）明度：
①定义：人眼所能感受到的色彩的明暗程度 注：
⑴明度的基础是颜色亮度，但亮度不等同于明度 ⑵亮度在色彩学上是与光的能量大小相关的，但能量较大的蓝紫色的明度值却较低
②对颜色的影响：
a.中性色：白色的明度最大，灰色次之，黑色明度最小
b.同一色相的彩色：光谱反射率曲线上，颜色的光谱反射率越高，颜色的明度值越大。
c.不同色相的颜色：即使其光谱反射率相同，明度也各不相同。在可见光谱中，黄色、橙黄、黄绿等色的明度较高，橙色和红色的明度居中，青色和蓝色的明度较低。
③对色相的影响：明度的差别，同一种色相具有不同颜色
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