第二章 颜色视觉.ppt

1、第二章 颜色视觉,2.1 颜色视觉理论,2.2 颜色的分类与视觉属性,2.3 颜色视觉现象,2.1.1 三色学说 2.1.2 四色学说 2.1.3 现代颜色视觉理论,2.5 色光混合规律,*2.4 颜色的心理感受,* 19世纪,* 杨-赫姆霍尔兹,* 三原色颜色混合现象以不同比例能混合出 各种不同颜色,三色学说指出：人眼视网膜上含有三种不同类型的锥体细胞，这三种锥体细胞中分别含有三种不同的视色素，分别称为亲红、亲绿、亲蓝视色素。,2.1 颜色视觉理论,2.1.1 三色学说,第二章 颜色视觉,三种视色素的光谱吸收实验结果,440-450nm；530-540nm；560-570nm,视网膜不同锥体

2、细胞的光谱吸收率曲线,第二章 颜色视觉,颜色视觉过程：外界光辐射进入人眼时被这三种锥体细胞按它们各自的吸收特性所吸收，三种色素吸收光后产生光化学反应，引起神经活动，经双极细胞和神经节细胞传至神经中枢，大脑将这些信息综合产生颜色感觉。,三种锥体细胞均产生明亮感觉， 总和即为总的明亮感觉！,杆体细胞只含一种视紫红视素，只有明暗感觉，不能分辨颜色。,第二章 颜色视觉,三色学说的优劣,* 能很好地说明各种颜色混合现象,* 是现代色度学、彩色印刷、彩色摄影以 及彩色电视技术的理论基础,* 对有些颜色现象如色盲不能很好解释,色盲通常是红绿色盲、黄蓝色 盲或全色盲，没有单色盲存在。无法用 三色学说的缺少一至

3、三种感色细胞的说 法解释。,第二章 颜色视觉,* 1964,* 赫林,* 现象红_绿、黄_蓝、黑_白成对的颜色 关系,四色学说假定： 视网膜中有三对视素：白黑视素、 红绿视素、黄蓝视素。,2.1.2 四色学说(对立学说),第二章 颜色视觉,四色（赫林）学说的视网膜视素,第二章 颜色视觉,三对视素的代谢作用,破坏,建立,黑-白,黄-蓝,红-绿,第二章 颜色视觉,四色学说的优劣,* 能很好地解释色盲现象,* 不能说明三原色能混合出一切颜色的颜 色混合现象。 而这是现代色度学和复制技术的基础,色盲通常是红绿色盲、黄蓝色 盲或全色盲，是缺少一对或两对视素的 结果。,第二章 颜色视觉,* 现代科学家,*

4、 三色和四色理论的结合,现代理论认为： 颜色视觉过程分为两个阶段视网膜阶段（三色学说）和 视神经传输阶段（四色学说）。,2.1.3 现代颜色视觉理论(阶段学说),第二章 颜色视觉,阶段学说的颜色视觉过程,第二章 颜色视觉,视网膜阶段,视神经传输 阶段,第二章 颜色视觉,概念： 三色学说 四色学说 阶段学说,分析题： 1.三色学说和四色学说各有何优势与不足？ 2.现代颜色视觉的阶段理论是如何将三色 和四色学说结合起来的？,第二章 颜色视觉,2.1 颜色视觉理论,2.2 颜色的分类与视觉属性,2.3 颜色视觉现象,2.2.1 颜色的分类 2.2.2 颜色的视觉属性,2.5 色光混合规律,第二章 颜

5、色视觉,颜 色,非彩色白色、黑色和各种深 浅不同的灰色（印刷中称 为中性色）,2.2.1 颜色的分类,彩色白黑系列以外、具有彩 色感觉的各种颜色,第二章 颜色视觉,非彩色：,只有一个明度特征；可用一个变量或数轴来表示。,明度 明亮感觉,2.2.2 颜色的视觉属性,第二章 颜色视觉,发光物体发光强度越高，明亮感觉 越强； 非发光物体反射率（透射率）越高， 明亮度感觉越强；,第二章 颜色视觉,彩色：,明度、色调（色相）、饱和度 三个属性。,明度 明亮感觉 色调 颜色彼此相区别的特征 饱和度 颜色的鲜艳程度,饱和度变化,色调变化,明度变化,第二章 颜色视觉,明度的光谱示意,什么颜色？哪个更明亮？,第

6、二章 颜色视觉,明度：,不同波长的单色光表现为不同的色调，如红、黄、绿、蓝、紫等;,发光物体(光源)的色调决定于它的光辐射的光谱组成;,非发光物体的色调取决于最终进入人眼的光中起主要作用的波长.,第二章 颜色视觉,色调：,色调的光谱示意,A、B颜色各表示什么色调？,第二章 颜色视觉,饱和度：,可见光谱的单色光是最饱和的彩色,物体色的饱和度决定于物体反射(透射)光谱特性；,第二章 颜色视觉,饱和度的光谱示意,哪个 饱和度高？,第二章 颜色视觉,用一个三维空间柱坐标系表示颜色的三个感觉特征量明度、色调、饱和度，称为色立体。,* 色立体（颜色的三维表示）,竖直轴：明度 极化角：色调 径向：饱和度,第

7、二章 颜色视觉,第二章 颜色视觉,概念： 颜色的视觉三属性 彩色和非彩色 色立体,分析题： 1.颜色的三属性与其色光的光谱特性有 怎样的关联？ 2.色立体是如何描述颜色的三属性的?,第二章 颜色视觉,2.1 颜色视觉理论,2.2 颜色的分类与视觉属性,2.3 颜色视觉现象,2.5 色光混合规律,2.3.1 视网膜的颜色区 2.3.2 颜色的恒常性 2.3.3 色适应 2.3.4 颜色对比 2.3.5 负后像 2.3.6 颜色的辨别,第二章 颜色视觉,2.3.1 视网膜的颜色区,第二章 颜色视觉,视网膜不同区域的颜色感受不同：,1）中央凹能感受各种颜色； 2）边缘先丧失红、绿色感受； 3）再外边

8、缘同时丧失黄、蓝色感觉； 4）最外边缘只有明亮度感觉（全色盲）,原因？ 不同区域的视细胞不同！,第二章 颜色视觉,2.3.2 颜色恒常性,外界条件发生了一定范围的变化后，人们对物体的颜色感觉仍保持相对不变的特性，为颜色恒常性。,生活中颜色恒常性的例子！,阳光下的煤、月光下的雪；,白纸的白,第二章 颜色视觉,颜色恒常性的相关因素：,1）物体的物理属性 2）人的记忆、经验、知识 3）周围环境的参照对比,目前尚未完全解释清楚。 颜色感觉的复杂性！,第二章 颜色视觉,由于环境光对眼睛的持续作用，使眼睛对环境光产生一定的抵消作用，而使颜色视觉受影响的现象称作色适应。,包括：亮度适应、颜色适应,2.3.3

9、 色适应,第二章 颜色视觉,（1） 亮度适应,暗环境,亮环境,瞳孔缩小,杆体细胞,锥体细胞,明适应：,亮环境,暗环境,瞳孔放大,锥体细胞,杆体细胞,暗适应：,第二章 颜色视觉,（2） 颜色适应,在明视觉状态下，视觉系统处在不同颜色环境下造成的颜色视觉变化叫做颜色适应。,解释：人眼对某一颜色光适应以后，对适应颜色产生抵消作用，再去观察另一物体颜色时，缺少了被抵消的颜色感觉，而是带有与适应色光补色的感觉，需要经过一段时间适应后才能部分获得原有的颜色感觉。,第二章 颜色视觉,2.3.4 颜色对比,第二章 颜色视觉,第二章 颜色视觉,第二章 颜色视觉,第二章 颜色视觉,在视场中，相邻的不同颜色产生相互

10、影响使颜色感觉发生变化的现象叫做颜色对比。,包括,定义：,第二章 颜色视觉,明度对比：,明暗不同的物体并置于视场中，会感到明暗差异增强的现象。,第二章 颜色视觉,明度对比的作用,第二章 颜色视觉,色调对比：,两种不同的颜色并置于视场中，每一种颜色都朝着另一颜色的补色方向变化，从而增强了两个颜色色调的差异。,第二章 颜色视觉,饱和度对比：,色调相同、饱和度不同的颜色并置于视场中，会感到两颜色的饱和度差异增强了；饱和的更鲜艳，不饱和的更暗淡。,第二章 颜色视觉,2.3.5 负后像,第二章 颜色视觉,负后像,第二章 颜色视觉,第二章 颜色视觉,第二章 颜色视觉,负后像：,颜色对眼睛的刺激结果会持续一

11、定的时间，使颜色刺激消失后一段时间内保留有原颜色的补色感觉的现象称为负后像。,同时对比,总结：,明度对比,色调对比,饱和度对比,先 后 对 比,亮度适应,颜色适应,负后像,第二章 颜色视觉,2.3.6 颜色的辨别,对于某些波长的单色光，眼睛对其的颜色感觉随光强度增加而变化； 572 nm、503 nm和478 nm的三个波长的颜色不变。 朴金耶效应,第二章 颜色视觉,视觉具有辨别微小波长变化的能力某些波长部位是1nm，大部分波长部位是2nm。,最敏感的部位480nm 和 600nm 附近； 最迟钝的部位540nm 附近和可见光谱两端。,第二章 颜色视觉,* 视错觉,第二章 颜色视觉,(2.3节

12、)认识： 1）人眼视网膜的不同部位具有不同的彩 色视觉能力 2）颜色恒常性反映了心理因素对颜色视 觉的影响 3）色适应（明度适应和颜色适应）反映 了视觉时间积累对颜色敏感度的影响 4）颜色对比（明度对比、色调对比和饱 和度对比）反映了颜色视觉受相邻颜 色（颜色环境）的影响 5）颜色辨别描述了人眼区分颜色的能力,第二章 颜色视觉,概念： 视网膜颜色区 颜色恒常性 色适应 颜色对比 颜色辨别,分析题： 1.视场的大小为何会对颜色视觉产生影响？ 2.试分析精确描述颜色的困难所在。,第二章 颜色视觉,2.1 颜色视觉理论,2.2 颜色的分类与视觉属性,2.3 颜色视觉现象,2.5 色光混合规律,2.5

13、.1 颜色混合 2.5.2 格拉斯曼定律,第二章 颜色视觉,2.5.1 颜色混合,色光混合：由色光辐射能量的各光谱组成混合得到的结果。,色料混合：混合色为一种或几种染料分别吸收掉相应光谱成分后，改变了原来光谱分布所引起的颜色感觉 。,第二章 颜色视觉,使用红、绿、蓝为三原色,1、色光（加色）混合规律,一、色光（加色）混合,红光+绿光=黄光 红光+蓝光=品光 绿光+蓝光=青光 红光+绿光+蓝光=白光 色光相加的结果是使 混合色变亮,第二章 颜色视觉,第二章 颜色视觉,2、三种混合方式,1）不同色光在眼睛以外的空间混合,第二章 颜色视觉,2）不同颜色的光以很快的频率顺序进入人眼，在眼睛内部进行混合

14、,第二章 颜色视觉,3）视网膜上的颜色混合 色光点很小，并且很近，眼睛不能分辨出每一个小光点，看到的是小光点混合后的效果。,第二章 颜色视觉,二、色料（减色）混合,使用青、品红、黄为三原色,青*品红 = 蓝 青*黄 = 绿 品红*黄 = 红 青*品红*黄 = 黑 色料相加的结果是使 混合色变暗,1、色料（减色）混合规律,第二章 颜色视觉,2、色料混合的物理过程,400nm,400nm,400nm,700nm,700nm,700nm,反 射 率,反 射 率,反 射 率,青,品红,黄,400nm,700nm,反 射 率,蓝,+,实质：对入射 色光的消减！,第二章 颜色视觉,1854年格拉斯曼(H.

15、grassmann)在色光加色混合与颜色匹配实验的基础上总结出颜色混合的基本规律，称为格拉斯曼定律：,1.人的视觉只能分辨颜色的三种变化：明度、 色调、饱和度。,2.在由两个色光成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。由这一定律导出两个推论：,2.5.2 格拉斯曼定律,第二章 颜色视觉,补色律：每一种颜色都有一个相应的补色。如果某一颜色与其补色以适当比例混合，便产生白色或灰色(即非彩色)；如果二者按其它比例混合，便产生近似比重大的颜色成分的非饱和色。,中间色律：任何两个非补色相混合，便产生中间色，其色调决定于两颜色的相对数量，其饱和度决定于二者在色调顺序上的远近。

16、,第二章 颜色视觉,3颜色外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中具有相同的效果。也就是说凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。由这一定律导出颜色的代替律：,两个相同的颜色各自与另外两个相同的颜色相加混合后，颜色仍相同。用公式表示为： AB CD 则 A+CB+D 式中符号“”表示颜色外貌相同,第二章 颜色视觉,两个相同的颜色，每个相应地减去相同的颜色 余下的颜色仍然相同。用公式表示为： AB,CD 则 A-CB-D,一个单位量的颜色与另一个单位量的颜色相同，那么这两种颜色数量同时扩大或缩小相同倍数则两颜色仍为相同。用公式表示为：,AB 则 nAnB,第二章 颜色视觉,根据代替律，凡

17、是视觉上相同的色光，便可以相互替代，所得的视觉效果是相同的。因此可以利用颜色混合方法来产生或代替所需要的颜色。,例如：设A+BC，如果没有B种颜色，但已知X+YB，那么A+(X+Y)C。这个由代替而产生的混合色与原来的混合色具有相同的视觉效果。,现代色度学和颜色复制理论均建立在代替律这一理论基础上。,4.混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的亮度之和，称为亮度相加定律。,第二章 颜色视觉,本章总结: 颜色视觉理论对颜色视觉现象的解释,1.红、绿、蓝为三原色的混合现象,三色理论：视网膜上的亲红、亲绿、亲蓝感色 细胞以不同的兴奋程度感觉组合色 光，形成各种颜色感觉。,四色理论：不能解释红、绿、

18、蓝能够匹配出各 种光谱色的现象。 （两种颜色为对立色时，混合得到 白色。）,第二章 颜色视觉,2.颜色对比,中间白色区域诱导出蓝色,第二章 颜色视觉,中间白色区域诱导出蓝色,颜色对比,第二章 颜色视觉,颜色对比,第二章 颜色视觉,三色理论：人在观察物体时并不是一直注视 某一点不动，而是视线不断地在附 近转来转去。如上观察黄、白相间 的邻近区域时，感红、感绿视觉神 经变得很疲劳，从而降低了对红、 绿光的灵敏度，在白色区域就看到 了黄色的补充色。,四色理论：视网膜某处正发生某一对视素的破 坏作用时，其相邻部分便会发生建 设作用，于是在相邻部位诱导出其 补色，引起同时颜色对比现象。,第二章 颜色视觉,3.负后像,第二章 颜色视觉,三色理论：当眼睛注视绿色一段时间，则感绿 神经一直处于工作状态，感觉灵敏 度会降低；当去看一个灰背景时， 因感绿神经不敏感，而感红、感蓝 神经仍处于敏感的工作状态，便得 到