《建筑照明-视觉与颜色》

1、第二章第二章 视觉与颜色视觉与颜色 1 1、人眼与视觉、人眼与视觉 2 2、视觉特性、视觉特性 3 3、颜色、颜色 4 4、颜色显色、颜色显色 第二章视觉与颜色第二章视觉与颜色 1 人眼与视觉人眼与视觉 一、人眼的构造一、人眼的构造 1透膜变圆透膜变圆 2视网膜视网膜 3巩膜巩膜 4中央凹中央凹 5盲点盲点 6视神经视神经 7睫状体睫状体 8透膜变平透膜变平 9虹膜张开虹膜张开 10瞳孔瞳孔 11虹膜收缩虹膜收缩 12角膜角膜 图图2-1 眼睛的构造眼睛的构造 1 人眼与视觉人眼与视觉 二、人眼的视觉二、人眼的视觉 锥状细胞：锥状细胞：锥状神经的功锥状神经的功 能是在昼间看物体，而且可能是在昼

2、间看物体，而且可 看到颜色。看到颜色。 柱状细胞：柱状细胞：柱状神经在黄柱状神经在黄 昏下活跃，在夜视起作用，昏下活跃，在夜视起作用， 但不能感知颜色。但不能感知颜色。 视觉产生：视觉产生：在柱状细胞和在柱状细胞和 锥状细胞里都含有一种感光锥状细胞里都含有一种感光 物质，当光线照到视网膜上物质，当光线照到视网膜上 时，感光物质粉刷化学变化，时，感光物质粉刷化学变化， 刺激神经细胞，最后由神经刺激神经细胞，最后由神经 传到大脑，产生视觉。传到大脑，产生视觉。图图2-2 视网膜视网膜 一、视觉一、视觉 z明视觉明视觉 亮度超过亮度超过10cd/m2，锥状细胞参与视觉工作，锥状细胞参与视觉工作， 这

3、种视觉状态为明视觉。这种视觉状态为明视觉。 z暗视觉暗视觉 亮度在亮度在10-610-2cd/m2时，柱状细胞参与视觉时，柱状细胞参与视觉 工作，这种视觉状态为暗视觉。工作，这种视觉状态为暗视觉。 z中介视觉中介视觉 亮度在亮度在10-210cd/m2时，柱状细胞、锥状细胞时，柱状细胞、锥状细胞 同时参与视觉工作，这种视觉状态为中介视觉。同时参与视觉工作，这种视觉状态为中介视觉。 2 视觉特性视觉特性 555nm锥状细胞最大灵敏度波长锥状细胞最大灵敏度波长 507nm柱状细胞最大灵敏度波长柱状细胞最大灵敏度波长 V() V()为明视觉的光为明视觉的光 谱光视效率曲线谱光视效率曲线 V() V(

4、)为暗视觉的为暗视觉的 光谱光视效率曲线光谱光视效率曲线 图图2-3 CIE光度标准观察者光谱光效率光度标准观察者光谱光效率 注：注：CIE为法文缩写，国际照明委员会为法文缩写，国际照明委员会 二、光谱灵敏度二、光谱灵敏度 2 视觉特性视觉特性 2 视觉特性视觉特性 三、视觉阈限三、视觉阈限 能引起光感觉的最低限度的亮度称为视觉能引起光感觉的最低限度的亮度称为视觉 的的“绝对阈限绝对阈限”。 % 对于在人眼中长时间出现的大目标，视觉对于在人眼中长时间出现的大目标，视觉 阈限亮度为阈限亮度为1010-6 -6cd/mcd/m2 2 % 视觉可以忍受的亮度上限为视觉可以忍受的亮度上限为10106

5、6cd/mcd/m2 2。 % 绝对阈限的倒数称为视觉的绝对阈限的倒数称为视觉的“绝对感受绝对感受 性性”。人眼的绝对感受性是很大的。人眼的绝对感受性是很大的。 2 视觉特性视觉特性 % 视觉阈限的影响因素视觉阈限的影响因素 与目标物大小有关与目标物大小有关 目标物大小用目标物目标物大小用目标物 对眼睛所张的角度表示，对眼睛所张的角度表示， 称为视角。称为视角。 当视角超过当视角超过3030o o时，亮度时，亮度 阈限不再降低。阈限不再降低。 图图2-4 亮度阈限与视角的关系亮度阈限与视角的关系 2 视觉特性视觉特性 与目标物发出的颜色有关与目标物发出的颜色有关 在相同视角下，对波长较长的光：

6、红、在相同视角下，对波长较长的光：红、 黄光，其亮度阈限就高；黄光，其亮度阈限就高； 对波长较短的光：蓝光，亮度阈限值要对波长较短的光：蓝光，亮度阈限值要 低些。低些。 在暗视觉条件下，光谱光效率向短波方在暗视觉条件下，光谱光效率向短波方 向偏移。向偏移。 2 视觉特性视觉特性 与观察时间有关与观察时间有关 不超过不超过0.1s0.1s，而目标物较小，视角不超，而目标物较小，视角不超 过过1 1o o，则目标物呈现时间越短，亮度阈限就，则目标物呈现时间越短，亮度阈限就 越高；呈现时间越高；呈现时间 越长，亮度阈限值就越越长，亮度阈限值就越 低。低。 作用时间超过作用时间超过0.2s0.2s时，

7、视觉阈限就与时时，视觉阈限就与时 间无关了。间无关了。 四、视觉适应四、视觉适应 明适应：视觉系统适应高于几个明适应：视觉系统适应高于几个cd/m2亮度变亮度变 化过程及终极状态。化过程及终极状态。 发生在由暗处到亮处，需几十秒。发生在由暗处到亮处，需几十秒。 2 视觉特性视觉特性 图图2-5 明适应与暗适应明适应与暗适应 暗适应：视觉系统适应低于百分之几暗适应：视觉系统适应低于百分之几cd/m2亮亮 度变化过程及终极状态。度变化过程及终极状态。 从亮处到黑处视觉阈限下降过程，所需过渡从亮处到黑处视觉阈限下降过程，所需过渡 时间较长，时间较长，30min。 2 视觉特性视觉特性 图图2-5 明

8、适应与暗适应明适应与暗适应 锥状视觉适应过程锥状视觉适应过程 柱状视觉柱状视觉 适应过程适应过程 应用应用 在照明设计中，尤其是隧道的照明设计，应考虑暗适在照明设计中，尤其是隧道的照明设计，应考虑暗适 应因素，即在隧道入口的一段距离内应有过渡照明，应因素，即在隧道入口的一段距离内应有过渡照明， 也即隧道入口处亮度应高些，然后逐渐降低亮度，使也即隧道入口处亮度应高些，然后逐渐降低亮度，使 司机有个适应过程。司机有个适应过程。 2 视觉特性视觉特性 图图2-5 明适应与暗适应明适应与暗适应 锥状视觉适应过锥状视觉适应过 程程 柱状视觉柱状视觉 适应过程适应过程 五、视力五、视力 视力的定性含义视力

9、的定性含义是指眼睛辨认物体轮廓和是指眼睛辨认物体轮廓和 细节的能力。细节的能力。 视力定量含义是视力定量含义是指人眼能够区别两个相邻指人眼能够区别两个相邻 物体最小张角物体最小张角D D的倒数。的倒数。 国际眼科学会于国际眼科学会于1909年规定用白底黑色兰年规定用白底黑色兰 道尔环作为检查视力的标准视环。道尔环作为检查视力的标准视环。 2 视觉特性视觉特性 图图2-6 兰道尔环兰道尔环 D=1.5mm，=1， 视力为视力为1.0。 D=1mm， =40， 视力为视力为1.5。 四、对比灵敏度与可见度四、对比灵敏度与可见度 (一一) 亮度对比亮度对比 目标亮度和背景亮度之差与背景亮度之目标亮度

10、和背景亮度之差与背景亮度之 比。比。 bbb LLLLLC/ )( 0 2 视觉特性视觉特性 2 2 0 / / mlmL mcdL b背景亮度， 目标亮度， (二二) 对比敏感度对比敏感度 亮度差别阈限亮度差别阈限Lt：人眼刚刚能识别目标人眼刚刚能识别目标 与背景的最小亮度差。与背景的最小亮度差。 阈限对比阈限对比Ct：亮度差别阈限与背景亮度之亮度差别阈限与背景亮度之 比。比。 对比敏感度对比敏感度Sc：阈限对比的倒数。阈限对比的倒数。 tbtc LLCS/1 2 视觉特性视觉特性 tbt LLL)( 0 btbtbt LLLLLC/)( 0 (三三) 可见度可见度 能见度能见度 人眼确定物

11、体存在或形状的难易程度。人眼确定物体存在或形状的难易程度。 在室内应用时，以目标与背景的实际亮度在室内应用时，以目标与背景的实际亮度 对比对比C与阈限对比与阈限对比Ct来描述。来描述。 在室外应用时，以人眼恰可看到标准目标在室外应用时，以人眼恰可看到标准目标 的距离定义。的距离定义。 tt L/LC/CV 2 视觉特性视觉特性 四、视野四、视野 头部不动时，眼睛能看见的范围。头部不动时，眼睛能看见的范围。 在正常情况下，人两眼的水平视场为在正常情况下，人两眼的水平视场为 180，垂直视场为，垂直视场为130，水平面上方，水平面上方60， 水平面下方为水平面下方为70。 2 视觉特性视觉特性 图

12、图2-7 人眼的正常视野人眼的正常视野 中间白色部分为双眼都看中间白色部分为双眼都看 到部分。到部分。 左右两侧阴影部分为左右左右两侧阴影部分为左右 两眼分别看到。两眼分别看到。 黑色部分为被眼眉、两颊黑色部分为被眼眉、两颊 和鼻子遮挡部分。和鼻子遮挡部分。 五、眩光五、眩光 由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适 宜，或存在极端的对比，以致引起人眼的不舒宜，或存在极端的对比，以致引起人眼的不舒 适感觉或者降低观察细部适感觉或者降低观察细部(或目标或目标)的能力，这种的能力，这种 视觉现象称为视觉现象称为眩光眩光。 夜里汽车开着大灯，感到刺眼。因为晚上，周围很

13、夜里汽车开着大灯，感到刺眼。因为晚上，周围很 暗，车灯亮度与周围背景亮度形成大的亮度对比。暗，车灯亮度与周围背景亮度形成大的亮度对比。 夏日晴天的太空，仰望晴空感到刺眼。冬日阳光下夏日晴天的太空，仰望晴空感到刺眼。冬日阳光下 的白雪会刺眼。因为视野内出现了太亮的发光体。的白雪会刺眼。因为视野内出现了太亮的发光体。 2 视觉特性视觉特性 （一）（一）眩光的分类眩光的分类 根据其造成的后果分类：根据其造成的后果分类： 不舒适眩光不舒适眩光 产生不舒适感觉，但不一定降低视觉对象的产生不舒适感觉，但不一定降低视觉对象的 可见度的眩光。可见度的眩光。 失能眩光失能眩光 降低视觉对象的可见度，但不一定产生

14、不降低视觉对象的可见度，但不一定产生不 舒适感觉的眩光。舒适感觉的眩光。 2 视觉特性视觉特性 根据其形式分类：根据其形式分类： 直接眩光直接眩光 由发光体的直接照射引起的。由发光体的直接照射引起的。 反射眩光反射眩光 由反射面反射发光体发出的光而形成的眩光。由反射面反射发光体发出的光而形成的眩光。 反射眩光：反射眩光：当反射面光泽度较高时，能把发光体当反射面光泽度较高时，能把发光体 的像清楚地反映出来，即由发光体的像直射引起的。的像清楚地反映出来，即由发光体的像直射引起的。 光幕反射：光幕反射：当反射面反射亮度并不高，且不清楚当反射面反射亮度并不高，且不清楚 地反映发光体的像，然而却使被观察

15、目标的对比度降地反映发光体的像，然而却使被观察目标的对比度降 低，减小了能见度。黑板发生光幕。低，减小了能见度。黑板发生光幕。 2 视觉特性视觉特性 （二）影响眩光的因素（二）影响眩光的因素 周围环境较暗时，眼睛的适应亮度很周围环境较暗时，眼睛的适应亮度很 低，即使是亮度较低的光，也会有明显的眩低，即使是亮度较低的光，也会有明显的眩 光。光。 光源表面或灯具反射面的亮度越高，光源表面或灯具反射面的亮度越高， 眩光越明显。眩光越明显。 光源的大小光源的大小 2 视觉特性视觉特性 一、光谱能量一、光谱能量(功率功率)分布分布 光源的光谱辐射能量光源的光谱辐射能量(功率功率)按波长的分布按波长的分布

16、 称为光谱能量称为光谱能量 (功率功率)分布，以光谱能量的任意分布，以光谱能量的任意 值来表示光谱能量分布，称为相对光谱能量分值来表示光谱能量分布，称为相对光谱能量分 布。布。 物体的颜色是物体对光源的光谱辐射有选物体的颜色是物体对光源的光谱辐射有选 择性地反射或透射对人眼所产生的感觉。择性地反射或透射对人眼所产生的感觉。 3 颜色颜色 3 颜色颜色 图图2-8 常用照明电光源的相对光谱功率分布常用照明电光源的相对光谱功率分布 (a)白炽灯、卤白炽灯、卤 钨灯钨灯 (b)荧光灯荧光灯 (c)荧光高压汞荧光高压汞 灯灯 (d)高压钠灯高压钠灯 3 颜色颜色 图图2-8 常用照明电光源的相对光谱功

17、率分布常用照明电光源的相对光谱功率分布 (e)钠铊铟灯钠铊铟灯 (f )管形镝灯管形镝灯 (g)管形氙灯、管形氙灯、 日光日光 二、颜色视觉二、颜色视觉 人的视觉器官不但能反映光的强度人的视觉器官不但能反映光的强度亮度亮度 感觉感觉，还能反映光的波长特性，还能反映光的波长特性颜色感觉颜色感觉。 (一一) 颜色对比颜色对比 相邻的不同颜色，在观看时存在着相互影相邻的不同颜色，在观看时存在着相互影 响，这种现象称为响，这种现象称为颜色对比颜色对比。 例如：在一块黄色背景上放张白纸，用眼睛注视例如：在一块黄色背景上放张白纸，用眼睛注视 白纸中心几分钟，白纸会出现蓝色。黄色和蓝色为互白纸中心几分钟，白

18、纸会出现蓝色。黄色和蓝色为互 补色，即每种颜色都在其周围诱导出一种确定的颜补色，即每种颜色都在其周围诱导出一种确定的颜 色，这种颜色称为被诱导色色，这种颜色称为被诱导色( (原来诱导颜色的互补色或原来诱导颜色的互补色或 相似颜色相似颜色) )。 3 颜色颜色 (二二) 颜色适应颜色适应 人眼在颜色刺激下所造成的颜色视觉变人眼在颜色刺激下所造成的颜色视觉变 化，称为化，称为颜色视觉颜色视觉。 如：先在日光下看物体的颜色，然后突然改在室如：先在日光下看物体的颜色，然后突然改在室 内白炽灯先看物体的颜色，开始时，室内照明看起来内白炽灯先看物体的颜色，开始时，室内照明看起来 带有白炽灯的黄色，物体的颜

19、色也带有一些黄色，几带有白炽灯的黄色，物体的颜色也带有一些黄色，几 分钟后，视觉适应了白炽灯光的颜色，室内照明趋向分钟后，视觉适应了白炽灯光的颜色，室内照明趋向 变白，物体的颜色趋向恢复到日光下的原来的颜色。变白，物体的颜色趋向恢复到日光下的原来的颜色。 如：在暗色背景上照射一小块黄光，当眼睛先看如：在暗色背景上照射一小块黄光，当眼睛先看 过强烈红光之后，再看这黄光，此时呈现绿色，经过过强烈红光之后，再看这黄光，此时呈现绿色，经过 一段时间，眼睛会从红光的适应中逐渐恢复，绿色渐一段时间，眼睛会从红光的适应中逐渐恢复，绿色渐 淡，几分钟后又成为原理的黄色。淡，几分钟后又成为原理的黄色。 3 颜色

20、颜色 图图2-9 颜色适应颜色适应 3 颜色颜色 (三三) 彩色对人的生理、心理作用彩色对人的生理、心理作用 生理方面生理方面 蓝、紫色最易引起疲劳，红、橙色次之，蓝、紫色最易引起疲劳，红、橙色次之， 黄绿、蓝绿、淡青等颜色最小。设备外壳颜色黄绿、蓝绿、淡青等颜色最小。设备外壳颜色 宜采用黄绿、蓝绿等颜色宜采用黄绿、蓝绿等颜色 眼睛对黄色较为敏感，常用黄与黑与蓝相眼睛对黄色较为敏感，常用黄与黑与蓝相 间的色彩作为危险部位的警告色标。间的色彩作为危险部位的警告色标。 心理方面心理方面 红、橙、黄等颜色有种温暖的感觉暖色红、橙、黄等颜色有种温暖的感觉暖色 青、蓝、紫等颜色有冷、凉的感觉冷色青、蓝、

21、紫等颜色有冷、凉的感觉冷色 3 颜色颜色 一、光源的颜色一、光源的颜色 (一一) 光源的色表与色温光源的色表与色温 光源的色表指的是人眼观看光源所发出光源的色表指的是人眼观看光源所发出 光光 的颜色的颜色(灯光的表观颜色灯光的表观颜色)。 常用常用色温色温来定量描述光源色表。来定量描述光源色表。 当一个光源的颜色与黑体当一个光源的颜色与黑体( (完全辐射体完全辐射体) )在在 某一温度时发出的光色相同时，黑体的温度就某一温度时发出的光色相同时，黑体的温度就 称为该光源的称为该光源的色温色温。 符号符号TcTc，单位为开尔文，单位为开尔文(K)(K)。 4 颜色显色颜色显色 4 颜色显色颜色显色

22、 F黑体黑体 在任何温度下某物体能把投射到它表面的任在任何温度下某物体能把投射到它表面的任 何波长的能量全部吸收，该物体称之为何波长的能量全部吸收，该物体称之为黑体。黑体。 800900K温度下，黑体辐射呈红色 3000K呈黄白色 5000K左右呈白色 800010000K呈淡蓝色 4 颜色显色颜色显色 F热辐射光源的光色热辐射光源的光色 光谱能量分布与黑体的光谱能量分布近似，光谱能量分布与黑体的光谱能量分布近似， 色温与白炽体的实际温度有一定的内在联系。色温与白炽体的实际温度有一定的内在联系。 白炽灯泡的色温为白炽灯泡的色温为2878K 灯丝的真实温度为灯丝的真实温度为2800K F热辐射光

23、源以外的其他光源的光色热辐射光源以外的其他光源的光色 光谱功率分布形式与黑体辐射有一定的差光谱功率分布形式与黑体辐射有一定的差 距，用黑体在某一温度辐射最接近的颜色来近距，用黑体在某一温度辐射最接近的颜色来近 似地确定这类光源的色温，因此称作似地确定这类光源的色温，因此称作相关色相关色 温。温。 符号符号 Tcp 红色光的色温低红色光的色温低 蓝色光的色温高蓝色光的色温高 4 颜色显色颜色显色 4 颜色显色颜色显色 各种光源的色温各种光源的色温 (二二) 光源的显色性光源的显色性 照明光源显现被照物体颜色的性能称为照明光源显现被照物体颜色的性能称为显显 色性。色性。 2 标准光源标准光源 CI

24、E规定了四种，常以标准光源规定了四种，常以标准光源A作为低色作为低色 温光源的参照标准。温光源的参照标准。 标准光源标准光源A：温度约为：温度约为2856K的完全辐射体的完全辐射体 (黑体黑体)发出的光，现实的标准光源发出的光，现实的标准光源A是色温为是色温为 2856K的充气钨丝灯泡。的充气钨丝灯泡。 4 颜色显色颜色显色 2显色指数显色指数 定量表征光源显色的优劣。定量表征光源显色的优劣。 用被测光源下物体的颜色与参照光源用被测光源下物体的颜色与参照光源 下物体的颜色相符程度来衡量。下物体的颜色相符程度来衡量。 一般显色指数一般显色指数Ra 特殊显色指数特殊显色指数Ri 2显色指数等级显色指数等级 Ra=10080,显色性优良显色性优良 Ra=7950,显色性一般显色性一般 Ra5