建筑物理7.ppt

1、建筑物理,第二篇 建筑光学 第七章 建筑光学基本知识,圣经,绪论,本篇着重介绍 基本知识：与建筑有关的光度学、色度学； 天然采光：各种采光窗的采光特性，采光设计及其计算方法； 人工照明：人工光源和灯具的光学特性，基本的照明设计和简单的计算方法。 本篇重要概念： 人眼的视觉特点、光通量、光视光效率、发光强度、照度、亮度、平方反比定律、立体角定律、视度、眩光、材料的光特性 光气候及其影响因素、采光系数、采光标准、采光口的常见形式及特点、一次眩光和二次眩光、采光计算方法 人工光源的形式及特点、显色指数、色温、灯具及常见灯具的形式、配光曲线、照明方式、照度计算方法、照明数量及照明质量、照明设计标准、室

2、内艺术照明设计、环境艺术照明设计,绪论,教学要求 考查，考试周前两周测验 作业独立完成 执行建筑系对系管课程成绩评定的规定：课程成绩单中“平时成绩”占课程总评成绩的40%，“考查（试）成绩”占课程总评成绩的60%。 参考教材 刘加平编著建筑物理（第三版）北京：中国建筑工业出版社，2000年 建筑采光设计标准（GB/T 500332001） 建筑照明设计标准（GB 500342004）,绪论,第七章教学内容 人眼的光学结构和视觉特征 基本光度单位及相互关系 材料的光学性质 视度及其影响因素 三个定律：平方反比定律、立体角投影定律、朗伯余弦定律 一些基本概念 视场、光谱光视效率、照度、亮度、定向反

3、射（透射）、扩散反射（透射）、视度、眩光,眼睛的构造 锥状细胞：在明亮的环境下起作用，能分辨物体的颜色和细部。对明暗变化反应快。锥体细胞约有600多万个，主要分布于视网膜最敏锐的黄斑部，愈至中心数目愈多，真正中心小凹处只有锥体细胞而无杆体细胞。 杆状细胞：在黑暗环境中起作用，能看清物体的轮廓。不能分辨物体的细部和颜色。明暗变化反应缓慢。杆体细胞分布于视网膜中心窝以外部分，约有一亿多个，愈至周边数目愈多，真正中心小凹处无杆体细胞。 视网膜各个区域因视细胞分布不同，对颜色感受性也各不同。正常色觉者视网膜中央部能分辨各种颜色，其外围部分辨色力就逐渐减弱以至消失。 近代学者们设想颜色视觉的过程可以分为

4、两个阶段，即视网膜阶段（第一阶段）与神经传导阶段（第二阶段，也是信息加工阶段） 第一阶段：视网膜中有三种独立感色物质（色素）或三种锥体细胞，各有选择的吸收光谱各色光的作用，同时又产生黑白反应：即在强光下产生白反应；在无光刺激时产生黑反应。 第二阶段：在锥体感受器向视中枢传导过程中又重新组合（信息加工），最后形成三对对立的神经反应，即红-绿、黄-蓝和黑-白反应传入视中枢，产生红、黄、黄、蓝的各种颜色和黑白的感觉。,1 眼睛与视觉,1 眼睛与视觉,视觉 视力 色觉 光觉 形觉 暗适应和明适应 明视觉和暗视觉 视野 立体觉 视觉后象和闪光融合,色觉,视野,光谱光视效率,光视效能 光视效率,参考光源（

5、视感觉灵敏的光）的辐射通量 明m=555 nm 暗m=507 nm,光谱光视效率,影响明暗感觉的因素： （1）、光源的辐射通量：辐射通量越大，感觉越明亮。 （2）、波长：功率相同，波长不同，明暗程度不同。 对同样功率的光，明环境下555nm的黄绿光最亮，暗环境下507nm的绿光最亮。,2 基本光度单位及应用,通量：传递的能量 强度、亮度、出射度：从源发出的辐射 照度：被照表面积上接收到的辐射,2 基本光度单位及应用,一、光通量,为了比较任意两个灯发出的可见光的多少，由于光能随波长分布不同，因此不能直接用辐射通量（瓦）多少比较，只能转化成相当于多少555nm标准光通量。 1、概念：光源在单位时间

6、内发射出的以人眼感觉为基准的能量。 2、单位： 光瓦或流明（lm） 1光瓦= 683lm，Km=683lm/W 例： 已知低压钠灯发出波长为589nm的单色光，设其辐射通量为10.3W，求光通量？ 解 = V（ ） =683 10.3 0.78=5487lm 40W 日光灯： 2200lm 100W白炽灯： 1250lm,二、发光强度,描述光通量在光源空间的分布特性，它表示光源在不同方向上的光通量分布特性，某个方向上的分布密度； 符号 I ；单位：坎德拉 （cd） 光度量中最基本的单位是发光强度的单位坎德拉（Candela），记作cd，它是国际单位制中七个基本单位之一。它的定义是发出频率为54

7、01012（对应在空气中555nm的波长）的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为1cd。,二、发光强度,立体角 立体角：任意一个封闭圆锥面内所包含的空间 单位：球面度 sr 整个球面的立体角,二、发光强度,例：一光源在0.5sr立体角内均匀发射出100lm的光通量，求该方向上的发光强度？ 解： 例：一光源向球面均匀发射出1260lm的光通量，求该光源的发光强度？,三、照度,被照物体单位面积上接收的光通量的大小 同一本书，偏离灯正下方暗一些，说明反射到被照面上光通量不相同。 E = d/dA 平均照度： E = /A 单位：勒克斯 lx， 1lx=1lm /1m2 烛光fc=10.76lx（英

8、制） 白天在教室看书需要至少 100lx 例：在40w白炽灯下1m处的照度约为30lx，加一搪瓷伞形罩后照度增加到73lx； 阴天中午室外照度为800020000lx； 白天中午在阳光下的室外照度可高达80000120000lx。,四、发光强度与照度的关系,四、发光强度与照度的关系,五、亮度,照度相同，颜色不同的两个物体，看起来不一样亮。 发光体在视线方向上单位面积发出的光强密度。 L= I/（Acos） 单位： nt（cd/m2） 1 熙提（sb）= 104cd/m2 = 1cd / cm2 白炽灯灯丝亮度约为 300500sb 荧光灯灯管表面亮度为 0.80.9sb,五、亮度,1、亮度对光

9、源本身的（照度是指被照面） 2、 辐射角，是光源法线与视线夹角。 i被照面法线与视线夹角 3、单位：面积常取平方米 物理亮度(亮度)、表观亮度(明亮度) 例：同一路灯开着灯，晚上比白天亮。但在一般情况下，路灯本身的亮度不变，即物理亮度反映了物体本身的表面物理特性 亮度不变，但观看时与环境明暗有关的亮度表观亮度（明亮度）却改变了,六、亮度和照度的关系,在阴天时，天空暗，亮度小，室内需开灯； 晴天时，天空亮度大，室内照度大，不必开灯，就可看书写字。,六、亮度和照度的关系,一个在各方向上亮度相等的发光表面1，在另一表面2上形成照度E，则表面1的亮度和2的照度之间的关系为：,六、亮度和照度的关系,基本

10、光度量的名称、符号和定义方程,七、标量照度（平均球面照度）Es,空间上某一点上的标量照度即指该点上的受照量，它与入射光的方向无关，并且也不指明受照面的方向，其定义是：位于受测点处的一个小球表面上的平均照度。 点光源。假设一个光强为I的点状光源，它与半径为r的小球相距d，球面所截取的光通量=r2I/d2，球的表面积为4r2，所以点光源产生的球面平均照度为Es=I/4d2，这就是圆球所在位置上的标量照度。 如果光源是一个面光源，则投影面积为A的点光源，其中L为光源的亮度。因此距离为d处的标量照度（Es）为：Es=LA/4d2，但A/d2=，即单元A所张之立体角，所以Es=L/4。,七、标量照度（平

11、均球面照度）Es,点光源。当照明光源的尺寸与被照物的距离相比可以忽略不计时，可视为点光源。 线光源。当照明光源的尺寸与光源至计算点距离较近，且光源本身的长宽比相差很大时，可视为线光源。 面光源。当光源的最小尺寸大于光源至计算点距离的1/4时,可视为面光源。,八、平均柱面照度Ec,位于某一点的微小圆柱曲面上的平均照度，圆柱的轴线与水平面垂直。 点光源。 Ec=Isin/d2 面光源。 Ec=Lsin/ 平均半柱面照度：道路照明,九、照度矢量,矢量照度表示在某点上照明的方向特性，表示该点上一个无限小的圆盘两侧（正面与背面）可以测得的最大照度差值。这个小圆盘的法线即为矢量作用线的方向，从照度高的一侧

12、指向照度低的一侧。 矢量照度适用于需要考虑光的方向性的照明场所，如雕塑及其他展品的照明效果评价。 矢量照度用于描述在空间一点上的光的方向特性。它的量值为一个通过该点的表面正反两侧的最大照度差值，由较高照度向低照度的矢量方向为正。,十、造型效果,照度矢量/标量照度 3.0 主光强，明暗对比强烈，细部少 0.5 平淡，阴影少，立体感差 1.21.8 效果好，暗区可看到细部,3 材料的光学性质,采光材料 照明材料 发光物体 不发光物体 一、光线的传播过程 人们能够看到世界上的物质是因为有光的存在。 光是一种能量形式，它以波的形式传播，是目前宇宙中已知的运动速度最快的物质。 地球上的生命没有光就不可能

13、存在。 世界上最重要的光源是太阳，现在人们已能利用电来产生光。,一、光线的传播过程,光线是代表光传播方向的线。 在黑暗房间里窗帘上开一个很小的孔，可以看到射进房间的太阳光是笔直的，因此人们就用直线来表示太阳光线。 光在真空中是沿直线传播的，在空气和其他疏密均匀的介质里也是沿直线传播的，只要不碰到障碍物，它就一直沿直线传播下去。 如果碰到障碍物，它就会发生反射、折射等现象，光线就会偏折、拐弯。即使不碰到障碍物，只要空气不均匀，例如有的地方温度高一点，空气稀一点，其他地方温度低一点，空气密一点，光线都会弯曲，不再笔直地传播了。另外，如果光线经过一个引力很强的物体旁边，由于受万有引力的吸引，它会向该

14、物体一侧弯曲，光线也不再是直线了。 红外线因为具有肉眼看不见的特征，因此可利用在自动警报器或电动门上。,一、光线的传播过程,散播、反射、折射、衍射 光束包含多组光波，它们大都向同一个方向传播。手电筒的光束在传播时，多少有些散射。手电筒发出的光随着距离的增加会显得微弱不清，因为光波在较宽的范围中散播得更乱。 激光光束有几乎并行的边缘。这说明光波在传播过程中几乎不会散播出来。因此激光光束可以传播很远的距离才会逐渐变弱，直到超出视野。 光以一系列电磁波的形式发出，从光源发出后一直以直线前进，光所走的直线路径称为射线。光线的方向可因通过有光泽或透明的物质而改变。如玻璃或水这一类的物体能反射或折射光。,

15、一、光线的传播过程,透射、吸收 冷光有些物质并不会马上将照射来的光线反射出去，而是先完全吸收，之后才渐渐将光线反射出来。如果将红色墨水放在直射光之下，就会发现它并不是立刻呈现红色，而是先呈现出略带绿色的金色。另外，有时候石油也会呈现出紫色。这些都是由于物质暂时吸收光线，使本身颜色发生改变后再放射出来的结果。像这种物质中分子吸收的能量被激发后会放射出光线的现象，称为磷光或萤光。这些光都称之为冷光。,一、光线的传播过程,反射 光的反射是指光从一种介质射入到另一种介质时，在两种介质的分界面上，光将改变传播方向，一部分光回到原介质里继续传播的现象。 在物理学里，一般把能传播光的物体叫作介质，又称媒质。

16、空气、水、玻璃、酒精等都是传播光的介质。 平行的光线照射在平面镜等光滑物体的表面上时，全部光线都以相同的角度弹回，产生一个清晰的影像。 人们能够看见不发光的物质，也都是因为它们能够反射光的缘故。一般，明亮物体反射的光比暗的物体多。 全反射、镜面反射、规则反射、定向反射、漫反射,一、光线的传播过程,折射 折射就是光从一种介质传播到另一种介质中去时，光线发生偏折、拐弯的现象。 光所以会发生折射，是因为在不同介质里光的传播速度不同的缘故。例如光线从空气进入玻璃时速度会慢下来，并偏离两物质间的界面。当光线离开玻璃时，速度加快并弯向界面。在自然界中由于光的折射所引起的现象比比皆是，最典型的就是海市蜃楼。

17、,一、光线的传播过程,能量守恒定律：反射、透射、吸收,一、光线的传播过程,光反射比 光透射比 光吸收比 以光线入射角45时测定值 反射比（系数）测定仪：积分球,一、光线的传播过程,二、定向反射和透射,定向反射和透射：光经过材料反射或透射后，光分布立体角不改变 扩散反射和透射：光分布立体角变大 定向反射：镜子、磨光金属、磨光石材 定向透射：玻璃 亮度和发光强度：,三、扩散反射和透射,按光分布大小分成两类：均匀扩散和定向扩散 均匀扩散反射 均匀扩散透射 发光强度：朗伯余弦定律,三、扩散反射和透射,定向扩散反射 定向扩散透射,四、常用材料光学特性,在天然采光和人工照明中 透光材料：玻璃 装饰材料,4

18、 视度及其影响因素,视度：看物体的清楚程度。 一、亮度（或照度） 最低亮度阈（值）：10-5 asb 刺眼亮度： 16sb 舒适照度：1500-3000lx 二、物体尺寸 视角：=3440d/l,三、对比,亮度对比系数C： C = (Lt-Lb)/Lb = L/ Lb C = (t-b)/b = / b 视力 测试,三、对比,视功能曲线,四、识别时间,与亮度或照度同时考虑。 在一定的条件下： 亮度时间=常数 明适应： 由暗到亮， 12分钟 暗适应： 由亮到暗， 40分钟 识别时间与背景亮度的关系 眼睛的适应过程,五、避免眩光,晚上迎来一辆开着前灯的汽车，人眼感到不舒服，为什么？ 眩光的分类：

19、形成方式：直接眩光、反射眩光 影响视功能：不舒适眩光、失能眩光 造成眩光的原因： 亮度过高 亮度对比过大 不舒适的亮度分布,五、避免眩光,限制措施 直接眩光 限制光源亮度：减少亮度 增加眩光源的背景亮度：减少对比 减小形成眩光的光源视看面积：表观面积 尽可能增大眩光源的仰角 反射眩光 选择无光泽表面 视觉作业区远离镜面反射区 用发光面积大、亮度低的光源 减少引起镜面反射光源的照度值在总照度中的比例,五、避免眩光,眩光的计算 建筑照明设计标准GB50034-2004 国际照明委员会CIE：眩光评价 统一眩光值（UGR: Unit Glare Rate） UGR16：无眩光 UGR28：眩光较大,

20、5 颜色,一、光色的三原色 三原色不能由其他色混合得到，三原色的波长如下： 红：700nm，绿：546.1nm，兰：435.8nm 由RGB构成白光，亮度比为LR=LG:LB=1:4.5907:0.0601 Lm/(srm2) 波長的長短會產生色相的區別，如果由長到短排列下來，分別就是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等七種顏色，而振幅就是光量，振幅大小不同會產生明暗的區別。 加法法则 红：R 绿：G 蓝：B 粉、品红：R+B，Magenta 黄：R+G，Yellow 靛蓝：G+B，Cyan 白色：R+G+B,一、光色的三原色,三原色的本质是三原色具有独立性，三原色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。

21、另外，三原色具有最大的混合色域，其它色彩可由三原色按一定的比例混合出来，并且混合后得到的颜色数目最多。 在色彩感觉形成的过程中，光源色与光源、眼睛和大脑三个要素有关，因此对于色光三原色的选择，涉及到光源的波长及能量人眼的光谱响应区间等因素 从能量的观点来看，色光混合是亮度的叠加，混合后的色光必然要亮于混合前的各个色光，只有明亮度低的色光作为原色才能混合出数目比较多的色彩，否则，用明亮度高的色光作为原色，其相加则更亮，这样就永远不能混合出那些明亮度低的色光。同时，三原色应具有独立性，三原色不能集中在可见光光谱的某一段区域内，否则，不仅不能混合出其它区域的色光，而且所选的原色也可能由其它两色混合得

22、到，失去其独立性，而不是真正的原色。 在白光的色散试验中，我们可以观察到红、绿、蓝三色比较均匀地分布在整个可见光谱上，而且占据较宽的区域。如果适当地转动三棱镜，使光谱有宽变窄，就会发现：其中色光所占据的区域有所改变。在变窄的光谱上，红（R）、绿（G）、蓝（B）三色光的颜色最显著，其余色光颜色逐渐减退，有的差不多已消失。得到的这三种色光的波长范围分别为：R（600700nm），G（500570nm），B（400470nm）。在色彩学中，一般将整个可见光谱分成蓝光区，绿光区和红光区进行研究。 当用红光、绿光、蓝光三色光进行混合时，可分别得到黄光、青光和品红光。品红光是光谱上没有的，我们称之为谱外色

23、。如果我们将此三色光等比例混合，可得到白光；而将此三色光以不同比例混合，就可得到多种不同色光。,一、光色的三原色,从人的视觉生理特性来看，人眼的视网膜上有三种感色视锥细胞-感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞，这三种细胞分别对红光、绿光、蓝光敏感。当其中一种感色细胞受到较强的刺激，就会引起该感色细胞的兴奋，则产生该色彩的感觉。人眼的三种感色细胞，具有合色的能力。当一复色光刺激人眼时，人眼感色细胞可将其分解为红、绿、蓝三种单色光，然后混合成一种颜色。正是由于这种合色能力，我们才能识别除红、绿、蓝三色之外的更大范围的颜色。 综上所述，我们可以确定：色光中存在三种最基本的色光，它们的颜色分别为红色、绿色和蓝

24、色。这三种色光既是白光分解后得到的主要色光，又是混合色光的主要成分，并且能与人眼视网膜细胞的光谱响应区间相匹配，符合人眼的视觉生理效应。这三种色光以不同比例混合，几乎可以得到自然界中的一切色光，混合色域最大；而且这三种色光具有独立性，其中一种原色不能由另外的原色光混合而成，由此，我们称红、绿、蓝为色光三原色。 为了统一认识，1931年国际照明委员会（CIE）规定了三原色的波长R=700.0nm,G=546.1nm,B=435.8nm。在色彩学研究中，为了便于定性分析，常将白光看成是由红、绿、蓝三原色等量相加而合成的。,一、光色的三原色,色光混合规律 1、色光连续变化规律 由两种色光组成的混合色

25、中，如果一种色光连续变化，混合色的外貌也连续变化。 2、补色律 如果两种色光混合后得到白光，这两种色光称为互补色光，这两种颜色称为补色。 3、中间色律 中间色律的主要内容是：任何两种非补色光混合，便产生中间色。 4、代替律 颜色外貌相同的光，不管它们的光谱成份是否一样在色光混合中都具有相同的效果。凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。即相似色混合后仍相似。 5、亮度相加律 由几种色光混合组成的混合色的总亮度等于组成混合色的各种色光亮度的总和。,二、物色的三原色,透明体：透射与吸收 不透明体：反射与吸收 减法原理 粉、品红：R+B，Magenta 黄：R+G，Yellow 靛蓝：G+B，Cyan B

26、lue=C+M Green=C+Y Red=Y+M Black=C+Y+M,二、物色的三原色,采用与色光三原色相同的红、绿、蓝三种色料混合，其混色色域范围不如色光混合那样宽广。红、绿、蓝任意两种色料等量混合，均能吸收绝大部分的辐射光而呈现具有某种色彩倾向的深色或黑色。从能量观点来看，色料混合，光能量减少，混合后的颜色必然暗于混合前的颜色。因此，明度低的色料调配不出明亮的颜色，只有明度高的色料作为原色才能混合出数目较多的颜色，得到较大的色域。 从色料混合实验中，人们发现，能透过（或反射）光谱较宽波长范围的色料青、品红、黄三色，能匹配出更多的色彩。在此实验基础上，人们进一步明确：由青、品红、黄三色

27、料以不同比例相混合，得到的色域最大，而这三色料本身，却不能用其余两种原色料混合而成。因此，我们称青、品红、黄三色为色料的三原色。 需要说明的是，在包装色彩设计和色彩复制中，有时会将色料三原色称为红、黄、蓝，而这里的红是指品红（洋红），而蓝是指青色（湖蓝）。,二、物色的三原色,青、品红、黄是色料中用来配制其它颜色的最基本的颜色，称之为原色或第一次色。间色是由两种原色料混合而得到的，称为第二次色。对于红色色料可以认为是黄色色料和品红色料的混合，即（R）=（M）+（Y）；同理，绿色色料有（G）=（C）+（Y）；蓝色色料有（B）=（C）+（M）。这样在对间色呈色原理进行分析时，色料的间色就可以用原色来

28、表示。复色是由三种原色料混合而得到的颜色。色料的呈色是由于色料选择性地吸收了入射光中的补色成分，而将剩余的色光反射或透射到人眼中。减色法的实质是色料对复色光中的某一单色光的选择性吸收，而使入射光的能量减弱。由于色光能量下降，使混合色的明度降低。,三、无彩色系,无彩色系是指白色、黑色和由白色黑色调合形成的各种深浅不同的灰色。 无彩色按照一定的变化规律，可以排成一个系列，由白色渐变到浅灰、中灰、深灰到黑色，色度学上称此为黑白系列。黑白系列中由白到黑的变化，可以用一条垂直轴表示，一端为白，一端为黑，中间有各种过渡的灰色。 纯白是理想的完全反射的物体，纯黑是理想的完全吸收的物体。可是在现实生活中并不存

29、在纯白与纯黑的物体，颜料中采用的锌白和铅白只能接近纯白，煤黑只能接近纯黑。 无彩色系的颜色只有一种基本性质明度。它们不具备色相和纯度的性质，也就是说它们的色相与纯度在理论上都等于零。色彩的明度可用黑白度来表示，愈接近白色，明度愈高；愈接近黑色，明度愈低。黑与白做为颜料，可以调节物体色的反射率，使物体色提高明度或降低明度。,四、颜色定量,色度 色调（色相）：Hue 明度：Value 彩度（饱和度）：Chrome 色度学中所应用的方法和工具，都是以目视颜色匹配定律和国际上一致采用的标准为基础的。国际照明委员会（CIE），通过其色度学委员会，推荐了色度学方法和基本的标准。 孟塞尔标色体系： V /

30、C CIE（国际照明委员会） CIE1931标准色度系统 等色实验 刺激值 色度空间,四、颜色定量,色调（Hue） 当人们被要求描述一个物体的色彩时，通常会首先说出它的色调，如“红”“橙”“绿”“兰”等，色调就是我们感知到的物体的色彩。图1的色轮显示了色彩从一个色调到另一个色调的闭环，就象这个色轮所展示的。如果你将兰色和绿色颜料混合，就会得到兰绿色，在绿色中加入黄色后得到黄绿色。,四、颜色定量,明度（Value）第二个用于描述色彩特性的是其明亮的强度，也就是亮度，色彩在其高亮度方面可以用深、浅来区分。比如，我们把一个西红杮和一个红萝卜放在一起，我们就可以说西红杮的色彩比萝卜要浅一点，反过来萝卜

31、在亮度值方面要深一些。,四、颜色定量,彩度（Chroma）色彩鲜明或暗淡就是用来描述色度的，还是用西红杮和红萝卜来比较，西红杮的红要鲜艳一点，而萝卜的红就暗淡一点，换句话说，色度就是表示色彩接近灰度或纯色调的程度。因此色彩的这个属性也被称为“饱和度”。,四、颜色定量,孟塞尔表色系统 目前世界上广泛应用的颜色系统，这一系统包括表色方法和标准色度卡。 孟塞尔表色系统是孟塞尔立体图，见图。该立体图是一非对称旋转体，其内部有一根中央轴、有10个剖面、还有一个底面。 图中的中央轴代表照度，它在底盘位置的明度为0，代表黑色；而在中央轴的顶端的照度为102，代表白色；在此二位置的中间则均分为10等分。由此，

32、照度轴上共有11个刻度，各代表的明度值如下表所示。,四、颜色定量,孟塞尔立体的剖面还用横竖线分成很多小格,每个小格离底盘的高度仍用与中央轴上等高的明度V表示，而离中央轴的水平距离则用彩度C表示，此彩度的数值有： 2 4 6 8 10 12 14 由此，剖面上每个小格可用VC表记，如86则代表该小格的明度为8，而彩度则为6。,四、颜色定量,孟塞尔立体的每个剖面在圆周上的角度用色调角H表示，并可在此立体图的底盘上给予标记，见图。 共有五个主要色调：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P） 五个中间色调：黄红（YR）、绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。,四、颜色定量,因

33、此，孟塞尔表色系统是用孟塞尔立体表示颜色的，而立体内的任一位置，即任一剖面上的任一方格的坐标，则是用明度V、彩度C、色调角H的颜色三属性描述的，而且标注顺序为：对于有彩色的记为色调明度彩度，即HV/C；对于无彩色的记为NV，N代表无彩色。 孟塞尔表色系统与CIE之间的参数转换有表可查。 根据孟塞尔表色系统已经制出了标准色度卡，为定标创造了条件。这些标准色度卡有两类：有光泽标准色度卡和无光泽标准色度卡；此外，还有带颜色的和中性色的。 每块卡上均注明有HVC值。,四、颜色定量,色相 明 度 纯 度 红 4 14 黄橙 6 12 黄 8 12 黄绿 7 10 绿 5 8 蓝绿 5 6 蓝 4 8 蓝

34、紫 3 12 紫 4 12 紫红 4 12,四、颜色定量,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。标定的方法是先写出色相H，再写明度值V，在斜线后写彩度C。 H VC色相 明度值彩度 例如标号为10Y812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。 3YR65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。 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。 另外对于彩度低

35、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。,四、颜色定量,色度坐标和色品坐标 三原色坐标：R，G，B，是三维色度坐标。 色品坐标(归一化坐标)： r=R/(R+G+B), g=G/(R+G+B) ,b=B/(R+G+B) , 并有 r +g + b = 1 光谱三刺激值（色匹配函数） 代表匹配一种颜色，需要R、G、B的比例。即取 = ， 就可以匹配出所要求的颜色.并且 , , 是有表可查的，其规律可参见图。,四、颜色定量,CIE标准色度系统 设立标准光源和标准观察者,建立假

36、想色度坐标 ，归一化坐标和色匹配函数，以此来建立CIE标准色度系统。 CIE1931标准色度系统 这一色度系统是在观测视场为2的情况下制订出来的。 CIE1964标准色度系统 它的观测视场是10，其定义式、数据及曲线略有变化。,四、颜色定量,颜色匹配实验 把两个颜色调整到视觉相同的方法叫颜色匹配，颜色匹配实验是利用色光加色来实现的。图中左方是一块白色屏幕，上方为红R、绿G、蓝B三原色光，下方为待配色光C，三原色光照射白屏幕的上半部，待配色光照射白屏幕的下半部，白屏幕上下两部分用一黑挡屏隔开，由白屏幕反射出来的光通过小孔抵达右方观察者的眼内。人眼看到的视场如图右下方所示，视场范围在2左右，被分成

37、两部分。图右上方还有一束光，照射在小孔周围的背景白版上，使视场周围有一圈色光做为背景。 在此实验装置上可以进行一系列的颜色匹配实验。待配色光可以通过调节上方三原色的强度来混合形成，当视场中的两部分色光相同时，视场中的分界线消失，两部分合为同一视场，此时认为待配色光的光色与三原色光的混合光色达到色匹配。 不同的待配色光达到匹配时三原色光亮度不同，可用颜色方程表示：C=R（R）+G（G）+B（B） 式中C 表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；R、G、B分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量，称为三刺激值；“o”表示视觉上相等，即颜色匹配。,四、颜色

38、定量,设色度图上有一颜色S，由C通过S画一直线至光谱轨迹O点（590nm），S颜色的主波长即为590nm，此处光谱的颜色即S的色调（橙色）。某一颜色离开C点至光谱轨迹的距离表明它的色纯度，即饱和度。颜色越靠近C越不纯，越靠近光谱轨迹越纯。S点位于从C到590nm光谱轨迹的45处，所以它的色纯度为45（色纯度（CSCO）100。 从光谱轨迹的任一点通过C画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这条直线两端的颜色互为补色（虚线）。从紫红色段的任一点通过C点画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这个非光谱色就用该光谱颜色的补色来表示。表示方法是在非光谱色的补色的波长后面加一C字，如536C，这一紫红色是536nm

39、绿色的补色。,四、颜色定量,CIE 1931 2色度图 CIE在1931年制定出了色度XYZ坐标图，符号Yxy就是通过亮度值Y和色度坐标系上的色彩（X、Y）来区分不同色彩 CIE 1976 UCS 色度图 在CIE1976色度图，周边的每一个点代表一个纯色调，即100%饱和度，每种色调的饱和度向图中心递减，这个中心就是红、绿、兰三色混合成的白色。,四、颜色定量,为了克服色度图上X、Y和U、V的局限性，CIE又推出了2个其他选择，CIE1976（L、a*、b*）或CIELAB和CIE1976（L*、U、V）或称CIELUV，这2个色彩的描述尺度是基出色彩对立理论而来的，即一个色彩不可能既是绿色同

40、时又是红色。因此，某种色彩可以被用来描述红、绿和黄、兰属性，当我们用CIELAB来描述色彩时，L代表亮度，a*表示红/绿值，b*表示黄/兰值，同样在CIELUV中，L代表亮度，U代表绿/绿值，V代表黄/兰值,五、色差,颜色宽容量 NBS色差单位 均匀颜色空间,六、光源的色温,能自行发光的物体叫做光源。光源的种类繁多，形状千差万别，但大体上可分为自然光源和人造光源。 自然光源受自然气候条件的限制，光色瞬息万变，不易稳定，如最大的自然光源太阳。 人造光源有各种电光源和热辐射光源，如电灯光源等。 不同的光源，由于发光物质不同，其光谱能量分布也不相同。一定的光谱能量分布表现为一定的光色，对光源的光色变

41、化，我们用色温来描述。,六、光源的色温,绝对黑体 根据能量守恒定律：物体吸收的能量越多，加热时它辐射的本领愈大。黑色物体对光能具有较大的吸收能力。如果一个物体能够在任何温度下全部吸收任何波长的辐射，那么这个物体称为绝对黑体。 绝对黑体的吸收本领是一切物体中最大的，加热时它辐射本领也最大。天然的、理想的绝对黑体是不存在的。人造黑体是用耐火金属制成的具有小孔的空心容器，如图所示，进入小孔的光，将在空腔内发生多次反射，每次反射都被容器的内表面吸收一部分能量，直到全部能量被吸收为止，这种容器的小孔就是绝对黑体。,六、光源的色温,黑体辐射的发射本领只与温度有关。 严格地说，一个黑体若被加热，其表面按单位

42、面积辐射光谱能量的大小及其分布完全决定于它的温度。 因此我们把任一光源发出的光的颜色与黑体加热到一定温度下发出的光的颜色相比较，来描述光源的光色。,六、光源的色温,色温可以定义为：当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。“ 因此，色温是以温度的数值来表示光源颜色的特征。 在人工光源中，只有白炽灯灯丝通电加热与黑体加热的情况相似。 对白炽灯以外的其它人工光源的光色，其色度不一定准确地与黑体加热时的色度相同。所以只能用光源的色度与最相接近的黑体的色度的色温来确定光源的色温，这样确定的色温叫相对色温。,六、光源的色温,色温用绝对温度“K”表示，绝对温度等于摄氏温度加273

43、。如正午的日光具有色温为6500K，就是说黑体加热到6500K时发出的光的颜色与正午的颜色相同。其它如白炽灯色温约为2600K。 晴天室外光13000 全阴天室外光6500 白天直射日光5550 白天45斜射日光4800 昼光色、荧光灯6500 氙灯5600 炭精灯55006500,六、光源的色温,色温是光源的重要指标，一定的色光具有一定的相对能量分布：当黑体连续加热，温度不断升高时，其相对光谱能量分布的峰值部位将向短波方向变化，所发的光带有一定的颜色，其变化顺序是红-黄-白-蓝。 电热丝温度很低（700），呈暗红色 电热丝温度较低（900），呈鲜红色 电热丝温度较高（1100），呈黄红色 电

44、热丝温度更高（1300），呈黄白色,六、光源的色温,色温对彩色摄影有很大的影响。 它与彩色有极密切的关系。 只有当感光材料的特性与光源的色温相符合时，红、绿、蓝三种色光才能得到平衡，获得理想的彩色景象。 例如日光型彩色片，当色温在5600K左右时，拍摄不同景物都能得到良好的彩色效果。 当色温偏低时，照片上反映出来的颜色偏红； 当色温偏高时，则照片上的颜色偏蓝。 专供碘钨灯照明的灯光型彩色片，色温要求一般在 2800K3 400K之间，可正确地再现被摄对象的色彩。,六、光源的色温,光色的舒适感 在人类视觉器官发展和进化中，一直习惯于日光和火光。人的眼睛在白昼一直适应自然光。太阳的辐射光是连续光谱

45、，日出前和日落后色温较低。约2 0004 000K，中午和阴天色温较高，约 5 0007 000K。 在自然条件下，人在夜晚利用火光进行照明。在原始时代，人们点燃篝火，后来就发明了油灯和蜡烛等，人工光源，火光的光谱也是连续的。 目前，人造光源种类很多。那么最优光色是什么呢？研究结果表明，光色的舒适感跟照度有关系。 低照度时的舒适光色是火光（篝火、烛光、油灯光）的低色温光色； 偏低或中等照度时，舒适的光色是接近黎明和黄昏时的、色温略高的光色；高照度时，舒适的光色是接近中午的阳光或偏蓝的高色温天空光色。 照度与光色舒适感的关系只是色觉的偏好而已（是习惯）。不同色温的人工光源并不影响视觉辨认细节的能

46、力。实验证明：在白炽灯（相关温度约2 900K），荧光灯（色温约6 500K），高压汞灯（色温约5 500K）三种色温的光源照射下，在它们的照度相同时，视觉辨识细节的能力是没有差别的。,六、光源的色温,光源色温不同，光色也不同。,六、光源的色温,色温与亮度: 高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉。 光色的对比: 在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。,七、光源显色性,人类在长期的生产生活实践中，习惯于在日光下辨认颜色。尽管日光的色温和光谱能量分布随着自

47、然条件的变化有很大的差异，但人眼的辨认能力依然是准确的。这是人们在自然光下长期实践对颜色形成了记忆的结果。 随着照明技术的发展，许多新光源的开发利用，人们经常在不同的环境下辨认颜色。有些灯光的颜色与日光很相似如荧光灯、汞灯等，但其光谱能量分布与日光却有很大的差别。这些光谱中缺少某些波长的单色光成份。人们在这些光源下观察到的颜色与日光下看到的颜色是不同的，这就涉及到光源的显色性问题。,七、光源显色性,不同光源的光谱,七、光源显色性,由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉，而在日光下物体显现的颜色是最准确的。因此，可以用日光标准（参照光源），将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源（

48、待测光源）与其比较，显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。 在色度学中，按CIE（国际照明委员会）的规定，把普朗克辐射体（如黑体）作为低色温光源的参照标准，把标准照明体D（也叫典型日光或重组日光）作为高色温光源的参照标准。用上述尺度衡量，白炽灯和日光灯是显色性最好的光源，高压汞灯等虽然发光效率很高，但显色性却很差。 我国国家标准光源显色性评价方法中规定用普朗克辐射体（色温低于5000K）和组合日光（色温高于5000K）做参照光源。,七、光源显色性,1974年CIE推荐了用“试验色”法来定量评价光源显色性的方法，它是测量参照光源照明下和待测光源照明下标准样品的总色位移量为基础来规定待测光源的

49、显色性，用一个显色指数值来表示。,七、光源显色性,CIE规定14块测验用的标准颜色样品，CIE规定用普朗克辐射体或标准照明体D作为参照光源,并将其显色指数定为100； CIE规定以这些样品在参照光源下和另一色温为3000 K 标准荧光灯下的颜色色差E为尺度，约定标准荧光灯的显色指数为50。 CIE根据在参照光源下和待测光源下颜色样品的色差，导出计算光源显色指数的公式。 光源对某一颜色样品的显色指数称为特殊显色指数Ri ,光源对特定8个颜色样品的平均显色指数称为一般显色指数Ra。 1-8号为中等饱和度、中等明度的常用代表性色调样品，第9至14号样品包括红、黄、绿、蓝等几种饱和色、欧美的皮肤色和树

50、叶绿色。在一些特殊场合使用的LED光源，必须考核其特殊的显色指数。1985年国家制定了“光源显色性评价方法”标准，并增加了中国人女性肤色的色样，作为第十五种标准色样。,七、光源显色性,七、光源显色性,特殊显色指数:Ri = 100 - 4.6 Ei 一般显色指数:Ra = ( Ri) / 8 ( i = 1, 2 , 8 ),七、光源显色性,一般显色性指数Ra Ra值的确定，是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。 显色性指数最高为100。 Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致。 显色

51、性指数的高低，就表示物体在待测光源下“变色”和“失真”的程度。 例如，在日光下观察一副画，然后拿到高压汞灯下观察，就会发现，某些颜色已变了色。如粉色变成了紫色，蓝色变成了蓝紫色。因此，在高压汞灯下，物体失去了“真实”颜色，如果在黄色光的低压钠灯底下来观察，则蓝色会变成黑色，颜色失真更厉害，显色指数更低。,七、光源显色性,光源的显色性以一般显色性指数Ra值区分，Ra值为：10080 显色优良7950 显色一般49以下 显色性差 特殊显色指数Ri 在一些特殊场合使用的LED光源，必须考核其特殊的显色指数。对于评价在电视演播室、商场、美容场所等照明用LED光源的显色性尤为重要。,七、光源显色性,光源

52、的显色性是由光源的光谱能量分布决定的。日光、白炽灯具有连续光谱，连续光谱的光源均有较好的显色性。 通过对新光源的研究发现，除连续光谱的光源具有较好的显色性外，由几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果。如450nm的蓝光，540nm的绿光，610nm的桔红光以适当比例混合所产生的白光，虽然为高度不连续光谱，但却具有良好的显色性。用这样的白光去照明各色物体，都能得到很好的显色效果。 三基色荧光灯,七、光源显色性,标准光源我们知道，照明光源对物体的颜色影响很大。不同的光源，有着各自的光谱能量分布及颜色，在它们的照射下物体表面呈现的颜色也随之变化。为了统一对颜色的认识，首先必须要规定标准的照明光源。因为光源的颜色与光源的色温密切相关，所以CIE规定了四种标准照明体的色温标准：标准照明体A：代表完全辐射体在2856K发出的光（X0=109.87，Y0=100.00，Z0=35.59）；标准照明体B：代表相关色温约为4874K的直射阳光（X0=99.09，Y0=100.00，Z0=85.32）；标准照明体C：代表相关色温大约为6774K的平均日光，光色近似阴天天空的日光（X0=98.07，Y0=100.00，Z0=118.18）；标准照明体D6