《光与颜色视觉》PPT课件

第一章光与颜色视觉,色彩的意义,远观颜色，近看花人观察物体时，视觉神经对色彩反映最快，其次是形状、空间位置，最后才是细节。,颜色的本质,色彩与色觉,色色（GB5698-85）:光作用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。,色觉的形成过程,色觉三要素光线的照射颜色物体功能正常的视觉器官和大脑,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。（GB5698-85）可见光的性质光的物理性质由它的波长和能量来决定波长决定光的颜色能量决定光的强度,可见光波长,电磁波的波长范围10-14几千公里，其中380-780nm为可见光。,习惯上把400-500nm称为蓝光区，500-600nm称为绿光区，600-700nm称为红光区。,光谱,色散实验单色光按波长依次排列成的光带称为光谱。,单色光与复色光,单色光只含一种波长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。,光与色的关系,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，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。,色彩三属性,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。,色相（H）,色彩的相貌，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。,色相（H）,在视觉上，色相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490nm、590nm阈限为12nm540nm阈限为34nm380430nm、655780nm几乎无法分辨,明度（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）,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。饱和度越高颜色越鲜艳，饱和度越低颜色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,色彩三属性之间的关系,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。,眼睛与视觉,眼睛作用成像感光记录构造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）,明视觉与暗视觉,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。,光谱光视效率,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，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。,光谱光视效率,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。但明暗视觉的光谱光视效率函数曲线形状相同，说明明暗视觉对可见光的感受大致相同。,视觉功能,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，扩大了观察视角，从而使人能够细致观察物体。,视觉功能,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，能分辨物体空间两点间所形成的最小视角为1。,视觉功能,视力（视敏度）：表示视觉辩论物体细节和空间轮廓的能力。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1角度所对应的物体细节时，视力为V=1.0。,视觉功能,视场：眼睛视角所对应形成的圆面积，称为视场。,网屏线数计算,物体与颜色,颜色分类消色：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。,透射、反射和吸收,当光照射到物体上时，会产生诸如透射、吸收、反射、漫射、散射、折射和衍射等许多物理现象，但是对色彩成因起主要作用的是透射、反射和吸收。,物体呈色机理,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）射率曲线为一条平行于横轴的直线。,物体呈色机理,消色物体随着吸收比例的不同，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75%时就感觉是白色，如MgO的为98.8%，白纸的为88-90%。,物体呈色机理,彩色物体呈色机理：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。,影响物体色彩的因素,光源色光源的光谱成分色度距离环境色（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,影响物体色彩的因素,蓝光照射,红光照射,颜色视觉,颜色辨认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,颜色视觉理论,三色学说对立学说阶段学说,三色学说,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、感蓝三种细胞，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。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。,三色学说,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现象。按照三色学说，色盲是一种或几种感色细胞有缺陷导致的，但如果是这样，则色盲不仅是色盲，而且也看不见白色。,对立学说,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（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。,对立学说,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颜色这一现象给予说明。,阶段学说,现代神经心理学指出，视网膜中确实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。,阶段学说认为颜色视觉过程可以分成几个阶段。第一阶段，视网膜的锥体感受是一个三色机制；第二阶段，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；最后阶段发生在大脑皮层的