照明技术(颜色)

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电 视 原 理第三章,主讲,:,刘红宇,第一节、颜色视觉,人的视觉器官不但能反映光的强度，而且也能反映光的波长特性。前者表现为亮度的感觉，后者表现为颜色的感觉,。颜色是物体的属性，通过颜色视觉，人们能从外界获得更多的信息。,1),视网膜的颜色区,由于视网膜,中央窝部位（黄斑区）,和,边缘部位,的结构不同，,视野,的中央视觉主要是锥状细胞起作用，边缘视觉主要是杆状细胞起作用。所以视网膜不同区域的颜色感受性也有所不同。具有正常视觉的人，其,视网膜中央窝能分辨各种颜色，是全色区,。从中央区向外围过渡，锥状细胞减少，杆状细胞增多，对颜色的分辨能力逐渐减弱，直至对颜色的感觉消失。在中央区相邻的外周区，先丧失红、绿色的感受，视觉呈红、绿色盲。在这个区域里，眼睛把红、绿及其混合色看成不同明暗的灰色，而仍保持黄、蓝,颜色感觉。这个区域称为,红绿盲区或中间区,。在视网膜外周区更外围边缘，对黄、蓝色的感觉也丧失的是,全色盲区,。在这个区域内，只有明暗感而无颜色感，各种颜色都被看成不同明暗的灰色。,另外，视网膜中央部位,(2,),被一层黄色素覆盖着。,黄色素能降低眼睛对光谱短波端,(,蓝色,),的感受性,，而使颜色感发生变化。,黄色素在中央窝的密度最大,，在视网膜边缘显著降低。,这就造成观察小面积颜色和观察大面积颜色的差异,。,由于每个人中央窝的黄色素密度不同，不同人种的黄色素密度也不同，同时，随着年龄的增长，眼睛的晶状体变黄等因素，所以不同的人的颜色感受性也略有不同。,2),颜色辨认,颜色视觉正常的人，在明亮条件下能看见光谱的各种颜色的波长和其范围，见上表。颜色与波长的关系，除了光谱上的,572nm(,黄,),、,503nm(,绿,),和,478nm(,蓝,),三点具有固定的关系外,，其余波长，光的颜色都受该波长,光线强度,的影响，即一定波长的光，当强度改变时，所看到的颜色也改变。改变的规律大致是：,强度增加时，都略向红色或蓝色变化,。光谱颜色随光的强度而变化的这种现象称为,贝楚德,朴尔克效应,。,3,）、辩色原理,感光细胞中的感光色素,(,photopigment,or visual pigment),有,4,种，其一在杆状细胞上，余三在锥状细胞上。所有感光色素均具有视蛋白,(,opsin,),及发色体,(,chromophotric,group,，为维生素,A,衍生物,),。不同的视蛋白具有不同的光谱吸收率。最早证明人眼视网膜中具有三种感光色素者为,1964,年两组美国科学家之研究。,视紫红质,(,rhodpsin,),：杆状细胞之视色素，含有暗视白,(,scotopsin,),及维生素,A1,醛,(retinene1),，使人具有暗适应之视色能力。,视紫质,(,iodopsin,),：锥状细胞之视色素，含有明视白,(,photopsin,),及维生素,A1,醛,(retinene1),，使人具有明视觉。,据波马克与达特诺之研究，视细胞对光的敏感度在光谱上高低不一，呈曲线分布。,三种锥状细胞：,r,g,b,r,细胞或,R,细胞,：最高感度点在红,(,橙,),色区,564nm,处,g,细胞或,G,细胞,：最高感度点在绿色区,534nm,处,b,细胞或,B,细胞,：最高感度点在蓝色区,420nm,处,杆状细胞,：最高感度点在绿色区约,500nm,处,第二节 颜色的特性,1),彩色三要素,颜色可分为无彩色和彩色两大类。,无彩色指白色、黑色和各种深浅不同的灰色，它们可以排列成一个系列，称为黑白系列。白色、黑色和灰色物体对光谱各波长的反射没有选择性，故称它们是,中性色,。彩色是指黑白系列以外的各种颜色。彩色有三个要素（特性）：,亮度（,明度）、色调和饱和度。,亮度（,明度）,：是光作用于人眼引起的明暗程度的感觉,。在同样照明条件下，依据表现为白色或高透射比的表面的视亮度来判断的某一表面的视亮度。,色调,：又称色相，表示可见光谱不同波长的辐射在视觉上的属性（,颜色的类别,），如红、黄、绿、蓝等。,光源的色调决定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉,。,物体的色调决定于物体对光源的光谱辐射有选择地反射或透射对人眼所产生的感觉。,饱和度,：表示彩色光在整个色觉,(,包括无彩色,),中的纯度（简单地说就是指,颜色的深浅程度或浓度,）。可见光谱中各种单色光是最纯的，是最饱和的色彩（,100%,的饱和度,）。当光谱色渗入白光成分愈多时，它就愈不饱和（变浅）。当光谱色渗入很大比例的白光时，在眼睛看来，它就不是彩色光，而是成了白光。,当物体表面的反射具有很强的光谱选择性时，这一物体的颜色就具有较高的饱和度。,色调与饱和度又合称为色度。,彩度,在同样照明条件下，一区域根据表现为白色或高透射比的一区域的视亮度比例来判断的颜色丰富程度。,2,）三基色原理,1.3.1,三基色原理,1,、,前面讲过人眼的视觉特性，在彩色复现过程中，并不要求恢复原景物辐射,(,反射或透射,),光的光谱成分，而重要的是应获得与原景物相同的彩色感觉。,既然与某一单色光相同的彩色感觉，可由具有不同光谱分布的色光的组合所引起。于是想到利用少数几种基本颜色相配，一定可以得到色度不同的多种颜色。那么基本颜色选几种？,2,、大量实验证明：三个,独立色（其中任一基色都不能由其它两基色混合产生）,最好（现在都常用三基色混合）。适当选择三种基色，将它们按不同比例进行合成，就可以引起各种不同的彩色感觉，,合成彩色的亮度由三个基色的亮度之和决定，而色度,(,即色调与饱和度,),则由三个基色分量的比例决定,。这就是三基色原理的主要内容。,勒布朗,(Jacob,Christoph,Le,Blon,1667-1741),的色彩论,(,Trait,du,Coloris,1756),可能是最早提出三原色说的论著。,根据三基色原理，可以采用不同的,三基色组,。但是在彩色电视中，比较恰当的、符合人眼彩色视觉特性的还是在,红色,、,绿色,和,蓝色,的光谱色区域内选择三个基色。这样，自然界中所能观察到的各种彩色几乎都能由它们相混配出。三基色原理对光混合系统（尤其像电视）极为重要，它把传送具有成千上万、瞬息万变彩色的这一任务简化为传送三个信号。,3,、相加混色：,彩色电视所采用的，,将三种基色光按不同比例相加而获得不同彩色光的方法，称为相加混色法,，如图所示。红色光与绿色光相加作用于人眼所引起的彩色感觉与黄光作用于人眼所引起的彩色感觉相同，所以就说,红光、绿光相加得黄光,。同理，,绿光、蓝光相加得青光,；,蓝光、红光相加得品色光,(,即紫红色光。品红简称品，也有人称之为紫，但实际上与谱色紫不一样,),；,红、绿、蓝三色光按一定比例相加为白光,。,红,绿,黄,红,蓝,紫,绿,蓝,青,红,绿,蓝,白,目前所有发光系统均采用相加混色。它利用人眼的视觉特性（对彩色有,空间和时间的混色效应,）来相加混色。,相加混色称为,RGB,色彩空间,。,相加混色不仅运用三基色原理，还进一步利用人眼的视觉特性，产 生较相减混色更宽的彩色范围。常用的相加混色方法有以下三种：,时间混色法,：将三基色按一定比例轮流投射（到同一屏幕上），由于人 眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直 接相混时一样。,空间混色法,：将三基色同时投射到彼此距离很近的点上，利用人眼 分辨力有限的特性而产生混色，或者使用空间坐标相同的三基色光 的同时投射产生合成光，这是同时制彩色电视图像和计算机图像的 显示基础。,生理混色法,：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也获得混色效果。,4,、相减混色：,彩色印刷或彩色打印的纸张是不能发射光线的，因而印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或颜料。油墨或颜料的三基色是,青（,Cyan,）,、,品红（,Magenta,）,和,黄（,Yellow,）,（习惯上的蓝、红、黄）,，,简称为,CMY,。理论上说，任何一种由颜料表现的色彩都可以用这三种基色按不同的比例混合而成，这种色彩表示方法称,CMY,色彩空间表示法。彩色打印机和彩色印刷系统都采用,CMY,色彩空间。,其是白光中减去基色的方法。,黄,白,蓝,紫,白,绿,青,白,红,黄,（）,紫,白,蓝,绿,红,黄,（）,青,白,蓝,红,绿,青,（）,紫,白,红,绿,蓝,黄,（）,青,（）,紫,白,蓝,红,绿,黑,由于它在原理上是通过,过滤,得到需要的颜色，所以现实中许多高亮度的彩色无法配出。为了配出更多更艳丽的颜色，有的印刷厂采用不止三种颜料。由于同样的原因，有的彩色喷墨打印机有,5,种甚至更多的墨水。,5,、互补色,凡是两种色光相混合而成白光或灰色，这两种色光,互为补色（,Complementary Colors,）,。任何二非补色相混合会产生中间色。德国数学家,格拉司曼,(Hermann,Gnter,Grassmann,1809-1877),CMY,空间正好与,RGB,空间互补，也即用白色减去,RGB,空间中的某一色彩值就等于同样色彩在,CMY,空间中的值。,RGB,空间与,CMY,空间的互补关系如表所示：,根据这个原理，很容易把,RGB,空间转换成,CMY,空间。由于彩色墨水和颜料的化学特性，用等量的,CMY,三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷术中常加一种真正的黑色（,black ink,），所以,CMY,又写成,CMYK,。,RGB,相加混色,CMY,相减混色,对应色彩,0 0 0,1 1 1,0 0 1,1 1 0,0 1 0,1 0 1,0 1 1,1 0 0,1 0 0,0 1 1,1 0 1,0 1 0,1 1 0,0 0 1,1 1 1,0 0 0,彩色细节分辨力,人眼对彩色细节的分辨力远比对黑白细节的分辨力低。并且人眼对不同色调细节的分辨力也不相同如图。例如，当在白色背景上能分辨出的黑色细节直径为,lmm,时，则在同样条件下，在红色背景上能分辨出绿色细节的直径就要增大到,2.5mm,，而在蓝色背景上的绿色细节必须增大到,5mm,才能为人眼所分辨。如果眼睛对黑白细节的分辨力定为,100,，则实验测得人眼对各种彩色细节的分辨力分别为表 中所列数值。,表中数据说明，人眼分辨景物彩色细节的能力很差。因此，电视系统在传送彩色图像时，,细节部分可以只送黑白图像，而不送彩色信息,，这就是利用,大面积着色原理,节省传输频带的依据。,4,、彩色色调分辨阈,人眼能分辨出色调差别的最小波长变化称为色调分辨阈。其数值随波长而改变，如图所示,(,视场角为,2,0,),。,由图可知，人眼对,480640nm,区间色光的色调分辨力较高，其中，对,500nm(,青一绿色,),和,600nm(,橙黄色,),两个波长来说，只要波长变化约,lnm,，便可分辨出色调的变化。而有的波长区间，例如，从,655nm,的红色到可见光谱长波末端，以及从,430nm,的紫色到可见光谱短波末端，人眼几乎感觉不到色调的差别。,当饱和度减小时，人眼的色调分辨力将下降；当亮度太大或太小时，色调分辨力也会下降。,5,、彩色饱和度分辨力,人眼能分辨出自然界中各种彩色具有不同的饱和度，但对不同颜色的饱和度变化却有不完全一样的灵敏度,.,使各种波长色光的饱和度，由,100,逐渐降低，一直到零为止，由此确定出视觉所能分辨出的饱和度变化的等级数,。结果发现在黄色区，人眼只能分辨出四级饱和度，而在红色、蓝色区域，灵敏度较高，可以分辨出,25,个等级，如图 所示。,第三节 表色系统,颜色的种类很多，日常用不同的名称命名，如红、大红、朱红、粉红、紫红、桃红等等。由于人们感受的差别，这种命名往往会造成不确切的结果。因此将颜色进行分类，并用数字、字母加以表示，这是很必要的。,表色系统可分两大类。,一类是以颜色的三个特征为依据，即按色调、明度和彩度来分类；,另一类是以三原色说为依据，即任一给定颜色可以用三种原色按一定比例混合而成,。,属于前一类的表色系统称为,单色分类系统,，这是,一个由标准的颜色样品系列