第2章 色彩及其表达.ppt

1、第 2 章 色彩及其表达,色彩及其表达,1 光的颜色 2 眼睛构成及视觉 3 颜色分类 4 颜色对比与混合 5 色度学基础及颜色表征,1光的颜色,可见光380-780nm,牛顿（Newton16421772）“粒子说” ： 光是光源发出的粒子的流动,惠更斯（Huygens,16291695）“波动说”： 光的传播是以波的形式振动而传播的，光波对眼睛的刺激产生色感觉。,“粒子说”可对光线的直线传播、折射，反射等现象进行合理的解释。但无法解释光的干涉、衍射及偏光等现象。 “波动说”能很好地解释折射、反射、衍射、干涉、偏振等光现象，但对光在真空中的传播现象、光电效应以及颜色效应等方面还是不能作出令人

2、满意的解释。,爱因斯坦（ Einstein,18791955年） “光电子”假说: 当光被物体吸收后变为具有一定能量的粒子。 光是一束以光速运动的粒子流,这些粒子称为光量子,现在称为光子。 光的能流密度决定于单位时间内通过单位面积的光子数。 物体内部的电子吸收了光子的能量后，电子就会从物体内部脱离出来，可利用这种脱离出来的电子，使它转化为电能，即物体的光电效应 ，光电池原理。,麦克斯韦（Maxwell,18311879年）认为光是一种电磁波，是振动方向与传播方向相垂直的横波 。光的本质,颜色定义,美国光学学会（Optical Society of America）的色度学委员会 颜色是除了空间

3、的和时间的不均匀性以外的光的一种特性，即光的辐射能刺激视网膜而引起观察者通过视觉而获得的景象。 国家标准GB 5698-85 色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性。,产生颜色视觉（色觉）的四大要素,光源,物体,眼睛,大脑,颜色,颜色是一种作用于人眼视觉的物理刺激，而人的视觉又是受大脑支配的，也是一种心理反应。所以，色彩感觉不仅与物体本来的颜色特性有关，而且还受时间、空间、外表状态以及该物体的周围环境的影响，同时还受各人的经历、记忆力、看法和视觉灵敏度等各种因素的影响。,2 眼睛构成及视觉,眼睛的生理结构 视觉器官的两重功能 光谱光视效率,人眼呈球体，直径约24mm，眼球壁由里外三层膜组成,

4、1. 外层,外层前部的透明部分称为角膜，占整个眼球表面的1/6左右，起到保护眼球内部和透光的作用。角膜的厚度约0.81.1mm，折射率为1.336，具有屈光的作用。 外层后部约5/6的眼球表面是一层坚固的白色不透明膜，称为巩膜，巩膜的厚度为0.41.1mm，起保护眼球的作用 。,2.中间层,中间层是血管膜，含有丰富的血管、神经和色素细胞。它又分为三层： （1）脉络膜 吸收眼球内的杂散光线，消除光线在眼球内的漫反射。 （2）睫状体 调节晶状体的凸度（曲率）。 （3）虹膜 控制进入眼球内的光线量。,3.内层,内层是视网膜，贴在脉络膜的内表面，是眼球的最里层，是眼球的感光部分。 视网膜是一层透明的薄

5、膜，厚度约0.10.5mm，其上分布着视觉感光细胞,感光系统,人眼的感光系统由视网膜组成，视网膜上分布着视觉感光细胞（按细胞的形状而命名为视锥细胞和视杆细胞），相当于相机内的感光片，是眼球的最里层，位于眼球后极的中央部分。,视网膜的组成,视觉对色彩和光线数量的感觉功能。 人对能量相同但波长不同的光线，所引起的亮度感觉是不同的。 明视觉：人眼在一定光照条件下对光线 的感觉。对光谱的黄绿色部位 （555nm）最敏感。 暗视觉：在黑暗条件下对光线的感觉。对光谱的蓝绿色部位（507nm）最敏感 。,视觉器官的两重功能,明视觉与暗视觉对光的感受性不在光谱的同一位置,光谱光视效率,光谱光视效率是指人眼的灵

6、敏度与光谱波长的依赖关系（或称视觉函数）。 视觉函数分为明视觉函数和暗视觉函数 。,光谱光效率,人眼对光谱色的敏感性,3 颜色分类,非彩色 彩色 颜色立体,黑 深灰 中灰 浅灰 白,非彩色,黑、白及从黑暗到最亮的各种灰色,白黑系列由白色渐渐到浅灰，再到中灰，再到深灰，直到黑色。 纯白是理想的完全反射的物体，其光反射率等于1。 纯黑是理想的无反射的物体，其光反射率等于0。 愈接近白色，明度愈高，反之，愈接近黑色，明度愈低。,彩色,色彩的三属性： 色调、明度、饱和度 可单独用其中的一个，二个或三个来区分不同的色彩 。,色调（色相）,色调由物体表面反射到视神经的色光来确定 ,是彩色彼此相互区分的特性

7、 ，是色彩最重要、最基本的特征。,色调可利用分光谱反射率曲线的形状来表示,明度,彩色物体表面对光的反射率越高，其明度越大。,明度可用物体表面对可见光的反射率来表示。,色度学中明度与光度学中亮度概念的区别,明度主要决定于物体对光的反射率的高低,概念不一： 亮度是光度学概念，可用光度计测得，而与人的视觉无关（属于“客观亮度”）；而明度强调颜色亮度在视觉上的反映，是从人眼的感受性来描述颜色的一种性质。 描述手段不一： 光度学上将颜色的亮度描述成光的数值（即辐射能量），但能量大小，与视觉的感受性不一定成比例，人眼视觉对色光的能量判断不一定符合光度学的测量 。,饱和度（彩度）,饱和度主要决定于物体表面对

8、反射光谱辐射的选择性,指彩色的纯洁性或鲜艳程度,亦称为彩度。 可见光谱中的各种单色光是最饱和的彩色。 光谱色中掺入的白光成分愈多，就愈不饱和。,饱和度的表示,饱和度取决于该物体表面对反射光谱辐射的选择性 。物体反射光的光谱带越窄，颜色的饱和度越高（色光越纯）。,彩度相同，明度下降,光谱色色彩的饱和度，通常以色彩白度的倒数表示。,颜色的三种属性（色调、明度、饱和度）中 色调主要取决于光的波长 明度主要取决于物体对光的反射率 饱和度主要取决于物体对光反射的选择性 三者之间有着一定的关联。,颜色立体,用一个三维空间纺锤体表征颜色的三个特征： 色调 明度 饱和度,垂直轴表示黑、白系列明度的变化：上端是

9、白色，下端是黑色，中间是过渡的各种灰色。 水平的圆表示色调：圆上的各点代表可见光谱中各种不同的色相（红、橙、黄、绿、青、蓝和紫），圆形中心是中灰色，其明度和圆上的各种色调的明度相同。 色点与垂直轴的距离表示饱和度：从圆心向外颜色的饱和度逐渐增加，在圆周上的各种颜色饱和度最大。,色调、明度和饱和度的相互关系,色调相同，明度下降,颜色的明度发生变化，饱和度也会发生变化，而颜色的色调并不发生变化 。 颜色的色调与饱和度的改变，明度却不一定发生变化 。,4 颜色对比与混合,同时颜色对比 先后颜色对比 颜色的加法混合 颜色的减法混合 色的空间混合 三原色 互补色,颜色对比是指同一视场中，不同色彩的相互影

10、响,同时颜色对比： 受视网膜上其他部位现有的颜色刺激的影响，从而使观察到的色彩发生变化 先后颜色对比： 视网膜受先前颜色刺激的影响，从而使观察到的色彩发生变化。,同时颜色对比,一种颜色受同时存在于视野中的另一种颜色的影响所引起的色的三属性的变化。,产生条件：色的并存和对比,同时对比错视规律明度对比变化: 并列各色明者更明，暗者更暗的色调,黑色显得更黑，白色显得更白,色调对比变化,并列各色的色调趋向于对方的补色，互补二色并列对比变化最明显。,色调对比互补色,饱和度对比变化 饱和度高的更高，饱和度低的更低,将纯度相同的深红色分别置于纯红色与灰色上，置于纯红色上的深红变得比原来灰浊，置于灰色上的深红

11、变得比原来鲜明。,同时对比错视规律,1.非彩色，颜色向着彼此距离最远的方向变化。 2.彩色，一般讲在颜色对比影响之下，颜色基本上是向背景（底色）颜色的补色方面变化。 3.饱和度高的更高，饱和度低的更低。,先后颜色对比,指视网膜受以前颜色刺激的影响而形成的颜色变化的现象 。,先看红色，再看黄色，则黄色变为黄绿色,先看蓝色，再看白屏，有何颜色感觉？,先看红色，再看白屏，有何颜色感觉？,先后颜色对比结果中看到的各种颜色,先后颜色对比现象的结果是先注视过的那种颜色的补色，实际上是与补色相近似的颜色,色彩的大小错视 黑白的大小错视,色彩的大小错视 黑白的大小错视,色彩的大小错视 黑白的大小错视,色彩的大

12、小错视 黑白的大小错视,色彩的大小错视 黑白的大小错视,色彩的大小错视 黑白的大小错视,色彩的大小错视 明暗的大小错视,色彩的大小错视 明暗的大小错视,色彩的大小错视 明暗的大小错视,色彩的大小错视 明暗的大小错视,色彩的大小错视 明暗的大小错视,色彩的大小错视 冷暖的大小错视,色彩的大小错视 冷暖的大小错视,色彩的大小错视 冷暖的大小错视,色彩的大小错视 冷暖的大小错视,色彩的大小错视 冷暖的大小错视,色彩的大小错视 冷暖的大小错视,杨赫姆霍尔兹三色学说,红、绿、蓝三原色混合，可以产生各种色调的彩色以及不同程度灰黑白色。前提是这三种颜色中的任意一种不能由其他两种混合而成。 在人眼的视网膜上有

13、三种感光神经纤维（感“红”、感“绿”和感“蓝”），每种神经纤维的兴奋均能引起相应原色的感觉，三种神经纤维对不同波长光的照射所引起的兴奋程度各自不同，所产生的混合色是三种神经纤维按特定比例同时兴奋的结果。,颜色的混合,色料混合: 在一种颜料中加入另一种或几种颜色的颜料，构成了另外的颜色。 色光混合： 两种或两种以上不同颜色的色光混合，产生一种新的色光。 色光混合与色料混合的概念不同。,色光混合,色光混合的实现方法,(1) 视觉器官外的加色混合 (2)视觉器官内的加色混合 A 静态混合 B 动态混合,静态混合： 指各种颜色处于静态时，反射的色光同时刺激人眼而产生的混合。,动态混合 指各种颜色处于动

14、态时，反射的色光在人眼中的混合,又称为色光的先后混合 。 人眼的视觉暂留现象是色光动态混合呈色的生理基础 。,转盘上涂有11的红绿两种颜色，快速转动转盘，转盘是一个黄色,色料的色彩是由色料对白光（日光）选择性吸收和反射的结果。 色料的混合增加了色光的吸收量，削弱了反射光的能力。 色料混合的结果是混合色的明度、纯度都降低，混合色越多，明度越低，所以,色料的混合称为“减色” 。,色料混合,滤色片对色光的吸收,色料混合,色的空间混合,并列或一定距离的色彩点或线在一定的视觉距离上，若它们在视网膜上的投影尺寸（如：直径、长、宽等）大于视细胞的直径，则视觉器官能够将这些色点或线区分开来，反之，视觉将无法将

15、其分清而产生视觉混合。,色的空间混合的产生条件,(1) 混合色必须是细点、细线，且呈密集状并列。点、线越细、越密，混合效果愈明显； (2) 色空间混合的效果与视觉距离有关，即必须在一定的视觉距离之外。距离越远，混合效果越明显。,色的空间混合规律,(1)互补色按不同比例空间混合可得无彩色系的灰 (即不同程度的灰色)； (2) 非互补色空间混合，可得被混两色的中间色； (3)有彩色系同无彩色系空间混合可得被混色的中间色；与白色空间混合，得高明度的浅色；与灰色空间混合，得不同程度的灰色；与黑色空间混合，得低明度的深色或暗色。,色的空间混合的特点,近看色彩丰富，远看则色调统，不同的视觉距离具有不同的混

16、色效果； 色彩有颤动感，适于表现光感； 可用少套色获得多套色的效果。如彩色印刷，多色织造，仅用品红、黄、青、黑、白即可通过印刷网点和纱线组织点的疏密变化的分布而获得色彩极其丰富的图案画面。,加色法与减色法的关系,三原色,色光混合是亮度的叠加，因此色光的混合也称为“加色”混合，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光，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 。,1575年，俄罗斯学者罗蒙诺索夫提出了三原色的概念； 1802年，英国学者汤姆森杨确认了色光三原色为红、绿、紫； 后经麦克斯韦尔用圆盘色彩

17、混合实验，将紫色改为蓝色。 国际照明委员会推荐的色光三原色: 红（R,波长700nm） 绿（G,波长546.1nm） 蓝（B,波长435.8nm）,色光三原色,原色 色彩的基本色，是能混合任何色彩的母色；即用原色可以混合产生出不同色调、不同明度、不同饱和度的任何色彩。,色光三原色：红、绿、蓝,色光混合,品红色：色料吸收了日光中的绿色光，反射了余下的红光和蓝光的混合光（品红光），绿色与品红色称为互补色 。 黄色：吸收了日光中的蓝色，反射余下的红、绿色光混合而成的黄色，黄色与蓝色互为补色 。 青色：吸收了日光中的红色，反射了余下的绿色光和蓝色光混合而成的青色光，红色与青色互为补色。,色料三原色,色

18、料三原色：品红、黄、青,颜色环,补色,两种颜色光混合后产生白色或灰色，这两种色光互为补色。 以圆心为对称中心的任何两种颜色都是互补色。 一对互补色按各比例混合时，可产生的颜色是连接互补色直线上的白色和各种饱和度的灰色。,对色光而言，凡是混合后得到白色的两种色光即为互补色。 对色料而言，凡是混合后得到黑色的两种色料即为互补色。 补色原理对于调色的意义 如欲调制纯度较高的鲜艳色，则不应该选择有互补关系的色料，以避免所得到的颜色带灰黑色的成分； 如欲适当降低某种颜色的鲜艳度，可适当混入一些补色 。,中间色,混合色的位置取决于两种颜色成分的比例，位置靠近比重大的颜色。 中间色的饱和度取决于两种颜色在颜

19、色环上的距离，相距越近，饱和度越大，反之饱和度越小。,三原色,如果在颜色环上选择三种独立的单色光，就可以按不同的比例混合成日常生活中可能出现的各种色调。这三种单色光称为三原色光。 色光的三原色：红、绿、蓝。 颜料的三原色：品红、黄、青。,物体的颜色,太阳光照射某物体时，某波长的光被物体吸收了，则物体显示的颜色（反射光）为该波长色光的补色。,染料溶液的颜色 当一束光照射染料稀溶液时，染料对不同波长的光发生不同强度的选择吸收所表现出的现象。 染液颜色 黄 橙 红 紫 蓝 青蓝绿 被吸收光 蓝 青 蓝绿黄绿黄 橙红 max 435 550 700,格拉斯曼颜色混合定律,1. 人的视觉只能分辨颜色的三

20、种变化：明度、色调和饱和度。 2. 由两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。 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效果，即凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。 4. 亮度相加律：由几个色光组成的混合色的亮度，是各种色光亮度的总和。,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。如果两者按其他比例混合，便得到近似成分比例大的颜色的非饱和色。 中间色律：任何两个非补色相混合，便产生中间色，其色调取决于两个颜色的相对数量，其饱和度取决于两者在色相顺序上的远近，近则饱和度大，远则小。,代

21、替律：相同色混合后仍相同。 若：颜色A=颜色B 颜色C=颜色D 则：颜色A+颜色C=颜色B+颜色D,5 色度学基础及颜色表征,CIE标准色度学系统 标准照明体 物体的光学性质,色刺激（Colour stimulus） 引起颜色知觉的光 。 表色系（Colour specification system） 由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系 。 混色系基于心理物理色而建立起来的表色系，如1931CIEXYZ系统。 显色系将颜色按照感知色的特征在颜色空间进行有序排列所构成的系统，如孟塞尔颜色系统 。,CIE标准色度学系统,混色系与显色系之间的关系,“照明体” 指特定的光谱能量分布，这一光谱能量分布不

22、一定由一个光源直接提供，也不一定能用特定光源来实现。 “光源” 指真实存在的物理辐射体。 CIE推荐使用过的标准照明体： 标准照明体A、B、C和D,光源-标准照明体,标准照明体D,标准照明体D代表了各种时相日光的相对光谱功率分布，亦称为典型日光或重组日光。它是由一条位于普朗克轨迹上方的一条典型日光色度轨迹。 标准照明体D与实际日光具有比较相近的相对光射功率分布，并且比标准照明体B、C更符合实际日光的色度坐标，因此CIE优先推荐了标准照明体D65(相当于相关色温大约为6504K的日光 ) 。,红,绿,蓝,试验光,白背景,观测角 限制屏,EYE,黑色隔板,测试滤色片,2,标准色度观察者,颜色的测量

23、,用物体的光谱反射率因数（spectral reflectance factor）来表示它对光源的吸收和反射特性 。,光谱反射率因数（spectral reflectance factor）的定义： 在给定的立体角、限定的方向上，待测物体反射的辐通量与在相同照明、相同方向上完全反射与漫射体反射的辐通量之比。,光谱光度仪的结构特点,(1)样品测量孔 (2)漫反射积分球 (3)脉冲氙灯 (4)D65滤光片 (5)UV滤光装置 (6)样品测量光束 (7)样品测量接收器 (8)参比测量光束 (9)参比光束接收器 (10)镜面反射阱 (11)透射样品放置槽 (12)电子计算机,漫射/垂直（d/0）,用积分球照明样品，样品的垂直线和光测轴之间的夹角不应超过10，积分球的直径