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光学基础知识,第一章光与色觉,视觉分颜色视觉和形象视觉两部分。所谓“远观颜色，近看花”就是指人们在观察物体时，视觉神经首先反映的是物体的颜色，其次才是形状，质感等具体细节。光源，物体，眼睛，大脑是颜色视觉产生的四大要素。光源为四大要素之首，无光就无色。,第一节光源,光是电磁辐射的一部分，因而光源又称为物理辐射体。可见光波长范围大约在380780nm.可见光谱范围大致如下：红光(Red)780630nm700nm橙光(Orange)630600nm620nm黄光(Yellow)600570nm580nm绿光(Green)570500nm550nm青光(Cyan)500470nm500nm蓝光(Blue)470420nm470nm紫光(Violet)420380nm420nm,光的色散,光谱分布,辐射能量按波长分布的规律称为光谱分布。它是描述物体颜色的最基本方法。光源的颜色特性，取决于所发出的光线中，不同波长光的相对能量比例，而与光谱辐射能的绝对值无关。,常见光源的光谱分布有：线状分布-激光，低压钠灯带状分布-碳弧，高压汞灯连续分布-太阳，白炽灯混合分布-荧光灯,常见光源的光谱分布,激光,日光,荧光灯,白炽灯,400,500,600,700,/nm,相对能量S(),光源的光谱分布既是它本身光色的决定因素，又是在它照明下观察物体时影响物体颜色的重要因素之一。,第二节物体的光谱分布,各种物体在阳光下呈现不同的颜色，原因就在于物体对落在其表面的光谱成分有选择性透射，吸收和反射的特性，将物体的这种特性称为物体的光谱特性。物体本身的光谱特性是物体产生不同颜色的主要原因。透明体主要由透过的光谱组成决定，不透明体颜色主要由反射的光谱组成决定。,透明物体的光谱特性,当光照射在透明物体上，一部分光会透过物体，另一部分光则被吸收。吸收度又称为光学密度，常用D表示，与吸光材料的厚度成正比。从色彩的角度来说，每个透明物体都可以用光谱透射率曲线来描述，测定光谱透射比使用分光光度计。,绿滤色片的光谱特性,W,R,G,B,G,Filter,反射物体的光谱特性,光照射在反射物体上时，由于其表面分子结构差异而形成选择性吸收，将可见光中某些波长的辐射能吸收了，而将剩余波长的光反射出来。若一个表面对投射到它上面的白光在各波段内做等比例吸收，则保持照明光原来的颜色，仅改变照明光的反射强度，当反射率从0到1变化，物体表面就呈现出黑，灰，白.通常，光谱反射率在10%以下物体看上去为黑色，反射率从10%70%为不同深淺的灰色。,红色物体的光谱特性,400,700,/nm,(),反射率大于70%的物体就感觉是白色。作为白的工作标准，氧化镁标准白板光谱反射率大约为99%左右。物体是通过选择性地吸收光源发出的光中的部分成分，反射其余光谱成分而呈现不同的色彩。颜色是光刺激人眼产生的视觉反应，物体本身没有颜色，但具有特定的光谱特性，是光赋予了自然界绚丽的色彩，无光则无色。,第三节视觉,人眼的感光细胞有两类：锥体细胞感光灵敏度低，只能在明亮条件下发挥作用，具有精细分辨力，能很好的分辨颜色与细节。杆体细胞感光灵敏度高，能在明暗条件下发挥作用，分辨能力低，不能辨别颜色。举例：通常我们所说的色盲，色弱，一般都是锥体细胞出现问题所致。,人眼结构,光的接收器-眼睛光线经过晶状体聚焦到视网膜上.视网膜的两种细胞杆状细胞-光度敏感器锥状细胞-色度敏感器,在视网膜上锥状细胞和杆状细胞的分布情况,明视觉和暗视觉,在光亮条件下，即亮度在几个cd/m2以上时，人眼的锥体细胞起作用，可以很好的分辨物体的颜色与细节，称为明视觉，也叫锥体细胞视觉。在暗条件下，即亮度在百分之几cd/m2以下时，人眼的杆体细胞起作用，只有明暗感觉，不能分辨颜色和细节，称为暗视觉，也称杆体细胞视觉。,光谱光视效率,能量相同而波长不同的光，对人眼所引起的亮度感觉是不同的，眼睛的灵敏度与波长的依赖关系，称为光谱光视效率，也称视见函数。,明视觉和暗视觉光谱光视效率曲线如下：,暗视觉,明视觉,380,507,555,620,700,1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0,从上图可以看出，明视觉光谱光视效率曲线的最大值在555nm,即眼睛对波长为555nm的黄绿光最敏感，愈趋向光谱两端的光感觉愈弱，愈显得发暗。暗视觉曲线的最大值在507nm,即507nm处最明亮。举例：对COQ时，在高亮度情况下对红色的分辨率依然较高，绿，蓝色则较低。在低亮度情况下对蓝色的分辨率依然较高，绿，红色则较低。,视角，视力与视场,视角物体的大小对眼睛所形成的张角称为视角。视角的计算公式：=A/D(弧度)=57.3A/D()视角的大小与物体的距离成反比。,A,D,视角,视力表示辨认物体细节的能力。视力是以视角进行计算的。计算公式如下：V=1/()也即是以视觉所能分辨的以角度分为单位的视角的倒数。按我国标准，当人的视觉能够分辨1角所对应的物体细节时，他的视力便为1.0，并以此作为正常视力的标准。,色光混合规律,颜色相加（通常使用在显示照明行业）如下图,颜色相减（通常用在印刷和绘画行业）如下图,色光混合形式,1）不同颜色的色光在眼睛以外的空间进行混合，形成混合光后再进入眼睛，如上颜色相加，相减实验便如此2）不同颜色以较高频率交替变化，利用人眼视觉暂存作用可观察到混色效果3）不同颜色的光点很小并且距离很近，以致人眼不能区分，相当于在人眼视网膜上进行混色。,人的视觉只能分辨颜色的三种变化：明度-人眼对物体的明亮感觉色调-彩色彼此相互区分的特性饱和度-彩色的纯洁性或鲜艳程度,第二章CIE标准色度系统,CIE是国际照明委员会的简称。CIE标准色度系统是一种混色系统，是以颜色匹配实验为出发点建立起来的，用组成每种颜色的三原色数量来定量表达颜色。颜色匹配-把两种颜色调节到视觉上相同或相等的过程叫作颜色匹配,CIE1931适用于14视场的颜色测量CIE1964用于大于4视场的颜色测量人眼用小视场观察颜色时，颜色差异辨别力较低。当观察视场从2增大到10时，颜色匹配的精度也随之提高。CIE规定必须在明视觉条件下使用这两组数据。,CIE1931色度图,光源的颜色特性,色温当某种光源的色坐标与某一温度下的黑体色坐标相同时，就称此时黑体的温度为该光源的颜色温度，简称色温。符号Tc.单位为”K”.黑体-即完全辐射体，它在辐射作用下既不反射也不透射。而能把落在它表面上的任何波长的辐射全部吸收。色温只是一种描述光源颜色的量值，色温相同的光源它们的光谱组成可能会有很大不同，另外，它与光源本身的温度无关。,例如:2700K烛光色3000K暖白色3500K白色4000K冷白色5000K日光色6500K冷日光色,高色温与低色温,低色温与高色温,色温和照度的关系,CIE标准照明体,标准照明体A-色温2856K标准照明体B-色温4874K,相当于中午的日光标准照明体C-色温6774K，近似阴天天空的日光标准照明体D65-色温6504K标准照明体D55-色温5505K标准照明体D75-色温7504K,CIE建议，尽量用D65来代替日光，在不能应用D65时则尽量使用D55和D75.我们的Led显示屏，户外屏多采用D65,部分销往欧洲及日本的产品使用D75.户内屏多采用D50.为了适应不同种族，肤色及国家的人民对色彩的不同偏好，通常在显示屏的控制系统中都设置有色温切换的功能，可从2300K到9300K任意切换。如同我们的电脑显示器一样。顺便问一下，大家都知道我们天天对着的电脑显示器的色温是多少吗？,各种光的色温值,各种灯光的色温值,光源的显色性,通俗的讲就是物体在光源照明下所呈现颜色的真实性。具有与白炽灯和日光相似的连续光谱的光源均有较好的显色性。大家有没有这样的经历：明明在商场里看到是黑色的裤子，买出来后在阳光下看却是深蓝色这就是光源的显色性差造成的颜色失真,几种人工光源的一般显色指数,主波长与色纯度,主波长将与样品色具有相同色调的光谱色的波长叫做主波长。符号d.中心波长没有明确的定义，但可以理解为波长范围内能量最大的那个分量。色纯度表示样品色与其主波长光谱色的接近程度，以符号Pe表示。,主波长和色纯度,均匀色空间,CIE1976L*u*v*系统适用于光源，彩色电视等工业部门。CIE1976L*a*b*系统适用染料，颜料及油墨等颜色工业部门。,同色异谱现象,颜色匹配实验中，待测色与三原色的混合色在达到色匹配时就是同色异谱。同色异谱色就是颜色外貌相同，但光谱组成不同的颜色。IM调白平衡就是利用同色异谱的原理才能实现不同型号，不同批次的产品颜色匹配的效果。,颜色测量,颜色测量仪器通常可分为分光光度计和光电色度计两类。分光光度计用来测量反射物体的光谱反射率和透射物体的光谱透射率。光电色度计通常又称为色差计，只能测量特定光源，特定观察条件下的颜色。我们白平衡调校用的CS100A,CS1000就属于色彩色差计这一类别。,色彩管理,色空间转换方案感觉法按明度，色调，饱和度在大小两个色域空间等比例压缩，将原设备的色空间完全压缩到目的设备色空间。适用于摄影类原稿的复制，又称为照片法。饱和度优先主要保持图像色彩的相对饱和度。溢出色被转换为具有相同色调但刚好落入色域之内即饱和度最大的颜色。适用于商业广告。,相对色度匹配使用色域内最接近的颜色进行替换，而在色空间转换前已经处于标色空间的颜色则不做改变。适合两种设备色域相差不大时采用。绝对色度匹配这种方案在转换颜色时，精确地匹配色度值，在复制某些标志色时，如可口可乐的红色，这种方案是可取的。,色彩的心理感受,红色红色刺激使人感到炎热，兴奋，热情，产生一种积极向上的情绪。橙色橙色使人感到温暖，愉快，幸福。黄色黄色在所有颜色中最明亮。黄色是一种快乐，明朗又充满希望的颜色。绿色绿色是大自然的主色调。绿色象征着春天，成长，希望和生命。,蓝色蓝色给人的印象是透明的，清凉的，流动的，深远的，内在的和理想的。紫色紫色代表高贵，庄重和奢华。白色白色是阳光色。白色能在心理上产生一种明亮，干净，纯洁，清白，扩张的感觉。黑色黑色给人的印象是黑暗的，悲哀的，阴森的，恐怖的。,光学预备知识,1）发光强度I-luminanceintensity光源发光的功率称为发光强度，单位如下：a,烛光（CandlePower,C）1C是指标准蜡烛发出的光。标准蜡烛是用鲸脑油制成，重1/6磅，燃烧率为120格令（1格令=0.0648克）的蜡烛。,b、坎德拉（Candle,cd）1cd就是“全辐射体”加温到铂的熔点（2024k）时从1cm2表面面积上发出的光的1/60。全辐射体是一物质加热到某一温度时，它发出的能量分布在整个可见光范围内，理论上全辐射体就是一个完全黑体，当冷却后，它将吸收所有入射到它上面的光。,2）光通量-luminance光通量是每秒钟内光流量的度量，单位流明（lm）流明是指与1cd的光源相距的单位距离，与入射光相垂直的单位面积上每秒钟流经的光流量叫1lm。,3）照度E(illumination)入射到某表面的光通量密度称为该表面的照度，用每单位面积的流明数来表示。单位如下：公制单位：勒克司（lx）1lx=1lm/cm2辐透（phot）1phot=1lm/cm2,英制单位：英尺*烛光1英尺*烛光=1lm/ft2换算关系：1英尺*烛光=1流明/平方英尺=10.76lm/=10.76lx,4）反射反射系数：=表面反射的流明数/入射到该表面的流明数5）透射透射系数：=物质透射的流明数/入射到该物质的流明数,6）亮度这个概念用来说明物体表面发光的量度。光可以由一个面光源直接辐射出来，也可以由入射光照射下的某表面反射出