第1~3章光和光度量、光和視覺、顏色

照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)課程性質(zhì)與教學(xué)安排課程性質(zhì)：在本科課程體系中的位置核心工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)選修課室內(nèi)外場所的照明及配電設(shè)計(jì)1）照明設(shè)計(jì)2）光環(huán)境設(shè)計(jì)3）室內(nèi)設(shè)計(jì)教學(xué)安排1~12周課堂教學(xué)，17~18周課程設(shè)計(jì)課程性質(zhì)與教學(xué)安排教學(xué)目標(biāo)了解光的基本概念、顏色的基本特性；掌握電光源的種類、性能指標(biāo)、工作原理；掌握照度計(jì)算方法；掌握照明電氣設(shè)計(jì)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)課程性質(zhì)與教學(xué)安排考核辦法：考查。試卷成績占70％平時(shí)成績占30％（以考勤為依據(jù)）教材：電氣照明（第四版），俞麗華，同濟(jì)大學(xué)出版社參考書：

GB50034-2013建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范教材與參考書前言照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明人工照明天然照明天然光源生物光太陽光電氣照明所謂照明，就是合理運(yùn)用光線以達(dá)到滿意的視覺效果，它歸根結(jié)底是一種光線的應(yīng)用技術(shù)，是光的控制與分配技術(shù)。功能照明藝術(shù)照明

電氣照明包含了建筑學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、美學(xué)、控制科學(xué)等多種學(xué)科的知識(shí)。電氣照明的功能

1、滿足視覺要求為人們工作、學(xué)習(xí)、生活提供良好的視覺條件。

2、豐富空間內(nèi)容在現(xiàn)代照明設(shè)計(jì)中，利用人工光的揚(yáng)抑、隱現(xiàn)、虛實(shí)、動(dòng)靜以及控制投光角的范圍，以建立光的構(gòu)圖、秩序、節(jié)奏等手法，可以大大渲染空間的變換效果，改善空間比例，限定空間領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)趣味中心，增加空間層次，明確空間導(dǎo)向。3、裝飾空間藝術(shù)人工光的裝飾效用可以通過燈具自身的造型、質(zhì)感以及燈具的排列組合對(duì)空間起著點(diǎn)綴或強(qiáng)化藝術(shù)效果的作用。4、渲染空間氣氛燈具的造型和燈光色彩，用以渲染空間氣氛，能夠收到明顯的效果。第一章光和光度量§1-1光的基本概念在照明工程中，光是指輻射能的一部分，即能產(chǎn)生視覺的輻射能。一、光的本質(zhì)

從物理學(xué)的觀點(diǎn)，光是電磁波譜的一部分，波長范圍在380~780nm之間，這個(gè)范圍在視覺上可能稍有些差異。

目前科學(xué)家們用兩種理論來闡述光的本質(zhì)．這就是“電磁波理論”和“量子理論”，電磁波理論認(rèn)為發(fā)光體以輻射能的形式發(fā)射光，而輻射能又以電磁波形式向外傳輸，電磁波作用在人眼上就產(chǎn)生光的感覺。光在空間的運(yùn)動(dòng)可以用電磁波理論圓滿地加以解釋。

光對(duì)物體（例如對(duì)阻擋層光電池、光度計(jì)）的效應(yīng)可用量子論圓滿地加以解釋。

量子論認(rèn)為發(fā)光體以分立的（光子）“波束”形式發(fā)射輻射能，這些波束沿直線發(fā)射出來作用在人眼上而產(chǎn)生光的感覺。

輻射能以波長或頻率順序排列的圖形稱為輻射能波譜或電磁能波譜。可以用它來表明各種不同輻射能波長范圍之間的關(guān)系。可見光譜輻射能的波長在380~780nm之間。

在1666年，牛頓使一束自然光線通過棱鏡，從而發(fā)現(xiàn)光束中包含組成彩虹的全部顏色?？梢姽庾V的顏色實(shí)際上是連續(xù)光譜混合而成的。下圖表示光的顏色與相應(yīng)的波段，波長從380nm向780nm增加時(shí)，光的顏色從紫色開始，按藍(lán)、綠、黃、橙、紅的順序逐漸變化。可見光譜

紫外線波譜的波長在100~380nm之間，紫外線是人眼看不見的。太陽是近紫外線發(fā)射源。人造發(fā)射源可以產(chǎn)生整個(gè)紫外線波譜。紫外線有三種效應(yīng)。

紅外線波譜的波長在780nm~1mm之間，紅外線也是人眼看不見的，太陽是天然的紅外線發(fā)射源。

紫外線、紅外線兩個(gè)波段的輻射能與可見光一樣，可用平面鏡、透鏡或棱鏡等光學(xué)元件進(jìn)行反射、成像或色散，故通常把紫外線、可見光、紅外線統(tǒng)稱為光輻射。

所有形式的輻射能在真空中傳播時(shí)速度均相同，每秒為999793公里（接近每秒為30萬公里）。當(dāng)輻射能通過介質(zhì)時(shí)它的波長和速度將隨介質(zhì)而改變，但頻率是由產(chǎn)生電磁波的輻射源決定的，它不隨所通過的介質(zhì)而變。通過下式，可確定輻射能的速度，同時(shí)亦可表明頻率和波長的關(guān)系。式中：V—在介質(zhì)中波長的速度，m/s；n—介質(zhì)的折射率；—在真空中的波長，m；——頻率，HZ。二、光譜光視效率

光譜光視效率用來評(píng)價(jià)人眼對(duì)不同波長的靈敏度。不同波長的光在人眼中產(chǎn)生光感覺的靈敏度不同。人眼對(duì)波長為555nm的黃綠光感受效率最高，對(duì)其他波長的光感受效率比較低。故稱555nm為峰值波長；用來度量輻射能所引起的視覺能力的量叫光譜光視效能，Km=683lm/W。其他任意波長的光譜光效能K（λ）與Km之比稱為光譜光視效率。用V（λ）表示，它隨波長而變化，即，上式中：K（λ）—給定波長λ時(shí)的光譜光視效能。Km—峰值波長λm時(shí)的光譜光視效能。V（λ）—給定波長λ時(shí)的光譜光視效能?！?-2常用的光度量一、光通量[指單位時(shí)間內(nèi)光輻射能量的大小，光通量的單位為：流明（lm）]

光通量一般就視覺而言，即輻射體發(fā)出的輻射通量按V（λ）曲線的效率被人眼所接受，若輻射體的光譜輻射通量為Φe.λ，其光通量Φ的表達(dá)式為：式中：Km—最大光譜光效能，683lm/w（λ=555nm）；V（λ）——明視覺的光譜光效率；

Фe.λ——光譜輻射通量，即在給定波長為λ

的附近無限小范圍內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出輻射能量的平均值。單位為w／nm。輻射通量也稱輻射功率。

——光通量，lm。例1：某白熾燈的光譜能量分布如表所示，求該燈的光通量。35.031.027.021.516.110.56.02.5750700650600550500450400解：列表計(jì)算如下：0.210x10-30.000120.0350750800.98x10-30.9950.01615506.355x10-30.00410.0310700169.58x10-30.3230.0105500144.45x10-30.1070.02706500.228x10-30.0380.0060450678.33x10-30.6310.02156000.050x10-30.00040.0025400由上表求得：故光通量：

二、發(fā)光強(qiáng)度[光強(qiáng)，光強(qiáng)單位為：坎德拉（cd）]

由于輻射發(fā)光體在空間發(fā)出的光通量不均勻，大小也不相等，故為了表示輻射體在不同方向上光通量的分布特性，需引入光通量的角（空間的）密度概念。如圖S為點(diǎn)狀發(fā)光體，它向各個(gè)方向輻射通光通量，若在某方向上取微小立體角dω，在此立體角內(nèi)發(fā)出的通量為dф，則兩者的比值即為該方向上的光強(qiáng)I。單位立體角

照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)例2：100W普通白熾燈輸出的光通量為1250lm，假設(shè)光源向四周是均勻發(fā)射其光通量的，求光源某方向上的光強(qiáng)。解：裸光源（40w）配燈具光源（40W）平均光強(qiáng)為28cd平均光強(qiáng)為70~80cd如配鏡面反射罩，光強(qiáng)可達(dá)數(shù)百cd

照度是用來表示被照面上光的強(qiáng)弱，以被照?qǐng)鏊馔ǖ拿娣e密度來表示．取微小面積dA，入射的光通為dφ，則照度E為：

三、照度[單位：勒克司（lx）]

對(duì)于任意大小的表面積A，若入射光通量為Ф，則在表面積A上的平均照度E為：

被照物體表面照度值（lx）被照物體表面照度值（lx）晴朗滿月夜0.2白天采光良好的室內(nèi)100～500中午太陽直射100000晴天室外太陽散射1000照度的單位為勒克斯（lx）。1lx即表示在1m2的面積上均勻分布1lm的光通量的照度值?；蛘呤且粋€(gè)光強(qiáng)為1cd的均勻發(fā)光的點(diǎn)光源，以它為中心，在半徑為1m的球表面上，各點(diǎn)所形成的照度值。常見照度例3：100W普通白熾燈輸出的光通量為1250lm，假設(shè)光源向四周是均勻發(fā)射其光通量的，求燈下2m處的照度值。解：照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)例4：有一個(gè)向四周均勻發(fā)光的點(diǎn)光源，發(fā)光強(qiáng)度為10cd。如果以這個(gè)點(diǎn)光源為球心，以1m為半徑作一球面，問：

（1）在球面上多大的面積范圍內(nèi)所通過的光通量為1lm？

（2）整個(gè)球面所通過的光通量是多少？

（3）如果球半徑增大為2m和3m，上述兩問又如何？照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)解：1）2）3）當(dāng)半徑變化時(shí)，光通量不變。

具有一定面積的發(fā)光體，其表面上不同點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)弱可能是不一致的。為表示這個(gè)輻射光通量的密度，可在表面上任取一微小的單元面積dA，如果它發(fā)出的光通量為dФ，則該單元面積的平均光出射度M為：

四、光出射度M

[面發(fā)光度，

單位:輻射勒克司即（rlx）]對(duì)于因反射或透射而發(fā)光的二次發(fā)光表面，其出射度M是：=(被照射面的反射比·被照面的照度)=(被照射面的透射比·被照面的照度)五、亮度

光的出射度只表示單位面積上發(fā)出光通量的多少，沒有考慮光輻射的方向，不能表征發(fā)光面在不同方向上的光學(xué)特性。如下圖所示，在一個(gè)廣光源上取一個(gè)單元面積dA，從與表面法線成θ角的方向上去觀察在這個(gè)方向上的光強(qiáng)與人眼所見到”的光源面積之比，即亮度為：亮度的單位為坎德拉每平方米（尼特）（cd/m2）理想漫射發(fā)光體或理想漫反射表面的二次發(fā)光體

如果dA是一個(gè)理想的漫射發(fā)光體或理想漫反射表面的二次發(fā)光體，它的光強(qiáng)將按余弦分布：則

則亮度Lθ與方向無關(guān)，常數(shù)L。表示從任意方向看，亮度都是一樣的。對(duì)于完全擴(kuò)散的表面，光出射度與亮度的關(guān)系為：§1-3材料的光學(xué)性質(zhì)一、反射、透射和吸收比光線如果不遇到物體時(shí)，總是按直線方向行進(jìn)，當(dāng)遇到某種物體時(shí)，光線或被反射、或被透射、或被吸收。當(dāng)光投射到不透明的物體時(shí)，光能量的一部分被吸收，另一部分則被反射，光投射到透明物體時(shí)，光通量除被反射與吸收一部分外，其余部分則被透射。

在入射輻射的光譜組成、偏振狀態(tài)和幾何分布給定的條件下，漫射材料對(duì)光的反射、透射和吸收性質(zhì)在數(shù)值上可用相應(yīng)的系數(shù)表示：二、光的反射當(dāng)光線遇到非透明物體表面時(shí)，大部分光被反射，小部分光被吸收。光線在鏡面和擴(kuò)散面上的反射狀態(tài)有以下幾種：

1．規(guī)則反射在研磨很光的鏡面上，光的入射角等于反射角，反射光線總是在入射光線和法線所決定的平面內(nèi)，并與入射光分處在法線兩側(cè)，稱為反射定律，如圖所示。在反射角以外，人眼是看不到反射光的，這種反射稱為規(guī)則反射(regularreflection)，亦稱鏡面反射(specularreflection)。它常用來控制光束的方向，燈具的反射罩就是利用這一原理制作的，但一般由比較復(fù)雜的曲面構(gòu)成。2．散反射當(dāng)光線從某方向入射到經(jīng)散射處理的鋁板、經(jīng)涂刷處理的金屬板或毛面白漆涂層時(shí)，反射光向各個(gè)不同方向散開，但其總的方向是一致的(圖1-11)，其光束的軸線方向仍遵守反射定律。這種光的反射稱為散反射(spreadreflection)。3．漫反射光線從某方向入射到粗糙表面或涂有無光澤鍍層的表層時(shí)，光線被分散在許多方向，在宏觀上不存在規(guī)則反射，這種光的反射稱為漫反射(diffusereflection)。當(dāng)反射遵守朗伯余弦定律，即向任意方向的光強(qiáng)Iθ與該反射面的法線方向的光強(qiáng)Io所成的角度θ的余弦成比例：Iθ=Iocosθ，而與光的入射方向無關(guān)，從反射面的各個(gè)方向看去，其亮度均相同，這種光的反射稱為各向同性漫反射，如圖1-12所示。

4．混合反射(mixedreflection)

光線從某方向入射到瓷釉或帶高度光澤的漆層上時(shí)，規(guī)則反射和漫反射兼有，如上圖所示，圖(a)為漫反射與鏡面反射的混合；圖(b)為漫反射與散反射的混合；圖(c)為鏡面反射與散反射的混合。在定向反射方向上的發(fā)光強(qiáng)度比其他方向要大得多，且有最大亮度，在其他方向上也有一定數(shù)量的反射光，而其亮度分布是不均勻的。三、光的折射與透射

1．折射光在真空中的傳播速度為30萬km／s，在空氣中約低6～7km／s。在玻璃、水或其他透明物質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)，其速度就顯著降低了。使光速減得較小的介質(zhì)稱為光密物質(zhì)，光傳播速度較大的介質(zhì)則稱為光疏物質(zhì)。光從第一種介質(zhì)進(jìn)入第二種介質(zhì)時(shí)，若傾斜入射，則在入射面上有反射光，而進(jìn)入第二種介質(zhì)時(shí)有折射光，如圖1-14所示。在兩種介質(zhì)內(nèi)，光速不同，入射角i與折射角γ不等，因而呈現(xiàn)光的折射(refraction)。不論入射角怎樣變化，人射角與折射角正弦之比是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)比值稱為折射率，即：質(zhì)的折射率稱為這一介質(zhì)的折射率。若兩種不同介質(zhì)的折射率分別為n1及n2，光由第一種介質(zhì)進(jìn)入第二種介質(zhì)時(shí)，還有下列關(guān)系式：圖1-15為光透射和折射的情況，圖中θ1為入射角，θ2為折射角。光在平行透射材料內(nèi)部折射時(shí)，入射光與透射光的方向不變；而在非平行透射材料中折射后，出射方向有所改變。這種折射原理常用來制造棱鏡或透鏡。2．全反射在光線由光密物質(zhì)射向光疏物質(zhì)時(shí)，如圖1-16所示，n1>n2，此時(shí)入射角i小于折射角γ。當(dāng)入射角未達(dá)到90。時(shí)，折射角已達(dá)到90。，繼續(xù)增大入射角時(shí)，則光線全部回到光密物質(zhì)內(nèi)，不再有折射光，這種現(xiàn)象稱為全反射(fullreflection)。利用它獲得不損失光的反射表面。3．光的透射光入射到透明或半透明材料表面時(shí)，一部分被反射，一部分被吸收，大部分可以透射(transmission)過去。如光在玻璃表面垂直入射時(shí)，入射光在第一面(入射面)反射4％，在第二面(透過面)反射3％～4％，被吸收2％～8％，透射率為80％～90％。由于透射材料的品種不同，透射光在空間分布的狀態(tài)有以下幾種：1)規(guī)則透射當(dāng)光線照射到透明材料上時(shí)，透射光是按照幾何光學(xué)的定律進(jìn)行透射，這就是規(guī)則透射(regulartransmission)如圖1-17所示。其中，圖(a)為平行透光材料(圖中為平板玻璃)，透射光的方向與原入射光方向相同，但有微小偏移；圖(b)為非平行透光材料(圖中為三棱鏡)，透射光的方向由于光折射而改變了方向。

2)散透射光線穿過散透射材料(如磨砂玻璃)時(shí)，在透射方向上的發(fā)光強(qiáng)度較大，在其他方向上發(fā)光強(qiáng)度較小，表面亮度也不均勻，透射方向較亮，其他方向較弱，這種情況稱為散透射(spreadtransmission)，亦稱為定向擴(kuò)散投射，如圖118所示。3)漫透射光線照射到散射性好的透光材料上時(shí)(如乳白玻璃等)，透射光將向所有的方向散開并均勻分布在整個(gè)半球空間內(nèi)，這稱為漫透射(diffusetransmission)。當(dāng)透射光服從朗伯定律，即發(fā)光強(qiáng)度按余弦分布，亮度在各個(gè)方向上均相同時(shí)，即稱為均勻漫透射或完全漫透射，如圖1-19所示。

4)混合透射光線照射到透射材料上，其透射特性介于規(guī)則透射與漫透射(或散透射)之間的情況，稱為混合透射(mixedtransmission)。圖1-20為幾種材料樣品的透射與反射情況。圖(a)為在毛玻璃樣品的光滑面入射時(shí)的散透射；圖(b)為在毛玻璃樣品的粗糙面入射時(shí)的散透射；圖(c)為光人射于乳白玻璃或白色塑料板形成的漫透射；圖(d)為光通過乳白玻璃時(shí)的混合透射。

四、亮度系數(shù)

在漫反射的條件下，表面的亮度對(duì)各個(gè)方向均是相同的，現(xiàn)證明如下：由上式可知，任一方向的亮度都是一樣的數(shù)值。1、漫反射表面亮度2、漫反射表面亮度與反射系數(shù)的關(guān)系4、亮度系數(shù)若為理想漫反射面則

五、材料的光譜特性

材料表面具有選擇性地反射光通量的性能，即對(duì)于不同波長的光，其反射性能也不同。這就是在太陽光照射下物體呈現(xiàn)各種顏色的原因。對(duì)于色溫為5500k的白光而言有：

六、材料的其他光譜特性1、光的偏振

光是由許多原子以特定的振動(dòng)發(fā)出的電磁波，引起視覺和生理作用的電磁被的電場強(qiáng)度振動(dòng)均勻地分布在各個(gè)方向，如下圖所示。這種光稱為自然光或稱為非偏振光。

自然光在被某些材料反射或透射的過程中，這些材料能消除自然光的一部分振動(dòng)，使反射和透射出來的光線中，在某一方向的振動(dòng)較強(qiáng)而在另一方向的振動(dòng)較弱，這種現(xiàn)象稱為光的偏振，這種光就稱為偏振光。

當(dāng)兩個(gè)分開而又“相干”的光源照射在同—屏幕上時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象?！跋喔伞钡墓庠词侵竷蓚€(gè)光源輻射出波長完全相同的光，并且有固定的相位關(guān)系。當(dāng)這兩個(gè)光源的光相互合并時(shí)，能使屏幕上某些地方兩個(gè)光波同相位而彼此相加而在另外一些地方兩個(gè)光波相位而互相抵消或減弱，其結(jié)果在屏幕顯出明暗相間的條紋這就是光的干涉。

2、光的干涉

§2-1視覺的生理基礎(chǔ)第二章光和視覺

眼睛是一個(gè)復(fù)雜而精密的感覺器官，如下圖所示，它在很多方面與照相機(jī)相似，這可以從下表中的對(duì)比中看出。

一、眼睛的構(gòu)造眼睛照相機(jī)鞏膜機(jī)蓋和機(jī)殼脈絡(luò)膜中間襯層視網(wǎng)膜膠卷虹膜光闌瞳孔孔徑眼瞼快門晶狀體透鏡

當(dāng)380—780nm的電磁波進(jìn)入眼睛的外層透明保護(hù)膜后，發(fā)生折射，光線從角膜進(jìn)入水樣體和瞳孔。進(jìn)入的光量通過瞳孔的收縮或者擴(kuò)張自動(dòng)地得到調(diào)節(jié)，光線通過瞳孔和晶狀體后，由晶狀體和透明玻璃狀體液將光線聚焦在視網(wǎng)膜上。視網(wǎng)膜的錐狀和桿狀神經(jīng)開始起作用，接著發(fā)生一個(gè)電化學(xué)過程，錐狀和桿狀神經(jīng)產(chǎn)生的脈沖傳輸至視神經(jīng)，再由視神經(jīng)傳輸至大腦，產(chǎn)生光的感覺或者引起視覺。視覺是由大腦和眼睛密切合作而形成的。二、視覺產(chǎn)生過程2.2.1視覺閾限2.2.2明視覺和暗視覺2.2.3視覺適應(yīng)2.2.4后像2.2.5炫光照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)

2光和視覺

2.2視覺特性

2光和視覺

2.2視覺特性

2.2.1視覺閾限照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)⑴定義：能引起人有光感的最低限度的光量，一般用亮度來度量時(shí)，稱為視覺亮度閾限。⑵影響視覺閾限的因素：A.目標(biāo)物的大小，用視角表示B.目標(biāo)物發(fā)出的光的顏色C.觀察時(shí)間(3)絕對(duì)感受性：衡量感覺器官對(duì)最小光刺激的反應(yīng)能力，為1/Lmin（視覺絕對(duì)亮度閾限的倒數(shù)）2光和視覺

2.2視覺特性

2.2.2明視覺和暗視覺照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)(1)錐體細(xì)胞和桿(柱)體細(xì)胞(2)明視覺：L>3cd/m2，錐體細(xì)胞起主要作用，λm=555nm，黃綠光明亮，有顏色感；(3)暗視覺：L<0.03cd/m2，主要由桿體細(xì)胞工作,λm=507nm，藍(lán)綠色明亮；(4)中間視覺：0.03nt<L<3nt，桿狀體、錐狀體都參與工作。

2光和視覺

2.2視覺特性

2.2.3視覺適應(yīng)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)(1)適應(yīng)：人的視覺器官對(duì)光刺激變化相順應(yīng)的感受性。(2)暗適應(yīng)：光亮處進(jìn)入黑暗處(3)明適應(yīng)：黑暗處進(jìn)入光亮處2光和視覺

2.2視覺特性

2.2.3視覺適應(yīng)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)工程應(yīng)用：隧道照明為避免白天進(jìn)出隧道時(shí)的和“黑洞”和“白洞”效應(yīng)，照明區(qū)段劃分為引入段、適應(yīng)段、過渡段，然后是基本照明段，路面照度值呈梯形依次遞減或遞增。根據(jù)電氣規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)照明區(qū)段的隧道路面亮度或照度值，達(dá)到各照明區(qū)段路亮度或照度要求，以滿足隧道內(nèi)行人和車輛行駛的需要。照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)2光和視覺

2.2視覺特性

2.2.4后像照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)⑴定義：視覺在高亮度的閃光之后往往還可感受到有一連串的影像，以不規(guī)則的強(qiáng)度和不斷降低的頻率正負(fù)交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。正后像：與閃光的顏色相同負(fù)后像：暗，顏色接近閃光的補(bǔ)色(2)臨界融合頻率：如果閃光的頻率增加到一定數(shù)值，閃光的閃爍感就被這種連續(xù)的影像所融合而消失，眼睛感覺到的好像是連續(xù)光一樣，這個(gè)頻率稱為臨界融合頻率。照明技術(shù)暗視覺：低于10Hz明視覺：頻率增加(3)應(yīng)用：電影、動(dòng)畫等等。2.2.5眩光

由于視野中的亮度分布或亮度范圍的不適宜，或存在極端的對(duì)比，以致引起不舒適感覺或降低觀察細(xì)部或目標(biāo)的能力的視覺現(xiàn)象，統(tǒng)稱為眩光。按其評(píng)價(jià)的方法，后者稱為失能眩光前者稱為不舒適眩光。眩光是評(píng)價(jià)照明質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。影響眩光的因素有：1．周圍環(huán)境較暗時(shí)，眼睛的適應(yīng)亮度很低，即使是亮度較低的光，也會(huì)有明顯的眩光。2．光源表面或燈具反射面的亮度越高，眩光越顯著。3．光源距視線起近眩光越顯著。4．在視場內(nèi)，光源面積越大、數(shù)目越多眩光越顯著。舒適區(qū)舒適區(qū)不舒適區(qū)不舒適區(qū)2.3.1對(duì)比敏感（靈敏）度2.3.2可見度2.3.3視力2.3.4視覺感受速度2.3.5視功效特性2.3.6視覺滿意度照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)

2光和視覺

2.3視覺功效

照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)2光和視覺

2.3視覺功效

2.3.1對(duì)比靈敏度照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)(1)亮度差：(2)亮度比：(3)臨界亮度比：(4)亮度對(duì)比靈敏度：2光和視覺

2.3視覺功效

2.3.2可見度照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)(1)表達(dá)式：(2)與以下因素有關(guān)：2光和視覺

2.3視覺功效

2.3.2可見度照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)(3)最大可見度：在最佳照度條件下目標(biāo)物實(shí)際亮度對(duì)比與最小臨界亮度對(duì)比之比(4)相對(duì)可見度：具有一定視角的目標(biāo)物在某照度條件下的可見度對(duì)數(shù)值與最佳照度條件下的最大可見度對(duì)數(shù)值之比。2光和視覺

2.3視覺功效

2.3.3視力照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)(1)定義：眼睛能分辨的最小視角（分）的倒數(shù)。(2)視力與亮度的關(guān)系：①當(dāng)L<1000cd/m2時(shí)，L↑，視力大大加強(qiáng)；②當(dāng)1000cd/m2<L<10000cd/m2,L↑，視力↑，但增加的程度放慢；③L>104cd/m2，L↑，視力不再↑。④周圍亮度≤被視點(diǎn)亮度時(shí)，視力較高周圍亮度>被視點(diǎn)亮度時(shí)，視力下降；(3)蘭道爾圓環(huán)視標(biāo)

2光和視覺

2.3視覺功效

2.3.3視力照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)蘭道爾圓環(huán)是一個(gè)缺口圓環(huán)，設(shè)缺口的尺寸為Dm，視距為Pm，則以分為單位計(jì)算眼睛的視角α為：設(shè)Dm=1mm，視距為Pm=5m，則：設(shè)Dm=1.5mm，視距為Pm=5m，則：2光和視覺

2.3視覺功效

2.3.4視覺感受速度照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)(1)是眼睛能感受對(duì)象所必需的最小時(shí)間tmin的倒數(shù)，即形成視覺所需時(shí)間的倒數(shù)。(2)影響視覺感受速度的因素：

2光和視覺

2.3視覺功效

照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)照明技術(shù)2.3.5視功效特性：視角、背景亮度（或照度）和臨界亮度對(duì)比的關(guān)系。2.3.6視覺滿意度第三章顏色3.1顏色視覺3.2顏色的特性3.3表色系統(tǒng)3.4光源顏色第一節(jié)顏色視覺

人的視覺器官不但能反映光的強(qiáng)度，而且也能反映光的波長特性。前者表現(xiàn)為亮度的感覺，后者表現(xiàn)為顏色的感覺。1)視網(wǎng)膜的顏色區(qū)

由于視網(wǎng)膜中央窩部位（黃斑區(qū)）和邊緣部位的結(jié)構(gòu)不同，視野的中央視覺主要是錐狀細(xì)胞起作用，邊緣視覺主要是桿狀細(xì)胞起作用。所以視網(wǎng)膜不同區(qū)域的顏色感受性也有所不同。從中央?yún)^(qū)向外圍過渡，錐狀細(xì)胞減少，桿狀細(xì)胞增多，對(duì)顏色的分辨能力逐漸減弱，直至對(duì)顏色的感覺消失。

全色區(qū)：具有正常視覺的人，其視網(wǎng)膜中央窩能分辨各種顏色。紅綠盲區(qū)或中間區(qū)：在視網(wǎng)膜中央?yún)^(qū)相鄰的外周區(qū)，先喪失紅、綠色的感受，視覺呈紅、綠色盲。在這個(gè)區(qū)域里，眼睛把紅、綠及其混合色看成不同明暗的灰色，而仍保持黃、藍(lán)顏色感覺。全色盲區(qū)：在視網(wǎng)膜外周區(qū)更外圍邊緣，對(duì)黃、藍(lán)色的感覺也喪失。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，只有明暗感而無顏色感，各種顏色都被看成不同明暗的灰色。另外，視網(wǎng)膜中央部位(2°)被一層黃色素覆蓋著。黃色素能降低眼睛對(duì)光譜短波端(藍(lán)色)的感受性，而使顏色感發(fā)生變化。黃色素在中央窩的密度最大，在視網(wǎng)膜邊緣顯著降低。這就造成觀察小面積顏色和觀察大面積顏色的差異。2)顏色辨認(rèn)

顏色與波長的關(guān)系：除了光譜上的572nm(黃)、503nm(綠)和478nm(藍(lán))三點(diǎn)具有固定的關(guān)系外，其余波長，光的顏色都受該波長光線強(qiáng)度的影響，即一定波長的光，當(dāng)強(qiáng)度改變時(shí)，所看到的顏色也改變。改變的規(guī)律大致是：強(qiáng)度增加時(shí)，都略向紅色或藍(lán)色變化。光譜顏色隨光的強(qiáng)度而變化的這種現(xiàn)象稱為貝楚德—樸爾克效應(yīng)。顏色視覺正常的人，在明亮條件下能看見光譜的各種顏色的波長和其范圍3）彩色細(xì)節(jié)分辨力人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨力遠(yuǎn)比對(duì)黑白細(xì)節(jié)的分辨力低。并且人眼對(duì)不同色調(diào)細(xì)節(jié)的分辨力也不相同如圖。例如，當(dāng)在白色背景上能分辨出的黑色細(xì)節(jié)直徑為lmm時(shí)，則在同樣條件下，在紅色背景上能分辨出綠色細(xì)節(jié)的直徑就要增大到2.5mm，而在藍(lán)色背景上的綠色細(xì)節(jié)必須增大到5mm才能為人眼所分辨。如果眼睛對(duì)黑白細(xì)節(jié)的分辨力定為100％，則實(shí)驗(yàn)測得人眼對(duì)各種彩色細(xì)節(jié)的分辨力分別為表中所列數(shù)值。表中數(shù)據(jù)說明，人眼分辨景物彩色細(xì)節(jié)的能力很差。因此，電視系統(tǒng)在傳送彩色圖像時(shí)，細(xì)節(jié)部分可以只送黑白圖像，而不送彩色信息，這就是利用大面積著色原理節(jié)省傳輸頻帶的依據(jù)。

4）彩色色調(diào)分辨閾人眼能分辨出色調(diào)差別的最小波長變化稱為色調(diào)分辨閾。其數(shù)值隨波長而改變，如圖所示(視場角為20)。由圖可知，人眼對(duì)480~640nm區(qū)間色光的色調(diào)分辨力較高，其中，對(duì)500nm(青一綠色)和600nm(橙黃色)兩個(gè)波長來說，只要波長變化約lnm，便可分辨出色調(diào)的變化。而有的波長區(qū)間，例如，從655nm的紅色到可見光譜長波末端，以及從430nm的紫色到可見光譜短波末端，人眼幾乎感覺不到色調(diào)的差別。

當(dāng)飽和度減小時(shí)，人眼的色調(diào)分辨力將下降；當(dāng)亮度太大或太小時(shí)，色調(diào)分辨力也會(huì)下降。

5）彩色飽和度分辨力人眼能分辨出自然界中各種彩色具有不同的飽和度，但對(duì)不同顏色的飽和度變化卻有不完全一樣的靈敏度.使各種波長色光的飽和度，由100％逐漸降低，一直到零為止，由此確定出視覺所能分辨出的飽和度變化的等級(jí)數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在黃色區(qū)，人眼只能分辨出四級(jí)飽和度，而在紅色、藍(lán)色區(qū)域，靈敏度較高，可以分辨出25個(gè)等級(jí)，如圖所示。第二節(jié)顏色的特性一、彩色三要素顏色可分為無彩色和彩色兩大類。無彩色指白色、黑色和各種深淺不同的灰色，它們可以排列成一個(gè)系列，稱為黑白系列。白色、黑色和灰色物體對(duì)光譜各波長的反射沒有選擇性，故稱它們是中性色。彩色是指黑白系列以外的各種顏色。彩色有三個(gè)要素（特性）：亮度（明度）、色調(diào)和飽和度。

⑴亮度（明度）：是光作用于人眼引起的明暗程度的感覺。在同樣照明條件下，依據(jù)表現(xiàn)為白色或高透射比的表面的視亮度來判斷的某一表面的視亮度。⑵色調(diào)：又稱色相，表示可見光譜不同波長的輻射在視覺上的屬性（顏色的類別），如紅、黃、綠、藍(lán)等。光源的色調(diào)決定于輻射的光譜組成對(duì)人眼所產(chǎn)生的感覺。物體的色調(diào)決定于物體對(duì)光源的光譜輻射有選擇地反射或透射對(duì)人眼所產(chǎn)生的感覺。（3）彩度在同樣照明條件下，一區(qū)域根據(jù)表現(xiàn)為白色或高透射比的一區(qū)域的視亮度比例來判斷的顏色豐富程度。

飽和度：表示彩色光在整個(gè)色覺(包括無彩色)中的純度（簡單地說就是指顏色的深淺程度或濃度）?？梢姽庾V中各種單色光是最純的，是最飽和的色彩（100%的飽和度）。當(dāng)光譜色滲入白光成分愈多時(shí)，它就愈不飽和（變淺）。當(dāng)光譜色滲入很大比例的白光時(shí)，在眼睛看來，它就不是彩色光，而是成了白光。當(dāng)物體表面的反射具有很強(qiáng)的光譜選擇性時(shí)，這一物體的顏色就具有較高的飽和度。

色調(diào)與飽和度又合稱為色度。二、三基色原理

1、前面講過人眼的視覺特性，在彩色復(fù)現(xiàn)過程中，并不要求恢復(fù)原景物輻射(反射或透射)光的光譜成分，而重要的是應(yīng)獲得與原景物相同的彩色感覺。既然與某一單色光相同的彩色感覺，可由具有不同光譜分布的色光的組合所引起。于是想到利用少數(shù)幾種基本顏色相配，一定可以得到色度不同的多種顏色。那么基本顏色選幾種？

2、大量實(shí)驗(yàn)證明：三個(gè)獨(dú)立色（其中任一基色都不能由其它兩基色混合產(chǎn)生）最好（現(xiàn)在都常用三基色混合）。適當(dāng)選擇三種基色，將它們按不同比例進(jìn)行合成，就可以引起各種不同的彩色感覺，合成彩色的亮度由三個(gè)基色的亮度之和決定，而色度(即色調(diào)與飽和度)則由三個(gè)基色分量的比例決定。這就是三基色原理的主要內(nèi)容。勒布朗(JacobChristophLeBlon1667-1741)的＜色彩論＞(TraitéduColoris,1756)可能是最早提出三原色說的論著。根據(jù)三基色原理，可以采用不同的三基色組。但是在彩色電視中，比較恰當(dāng)?shù)摹⒎先搜鄄噬曈X特性的還是在紅色、綠色和藍(lán)色的光譜色區(qū)域內(nèi)選擇三個(gè)基色。這樣，自然界中所能觀察到的各種彩色幾乎都能由它們相混配出。三基色原理對(duì)光混合系統(tǒng)（尤其像電視）極為重要，它把傳送具有成千上萬、瞬息萬變彩色的這一任務(wù)簡化為傳送三個(gè)信號(hào)。

3、相加混色：

將三種基色光按不同比例相加而獲得不同彩色光的方法，稱為相加混色法，如圖所示。紅色光與綠色光相加作用于人眼所引起的彩色感覺與黃光作用于人眼所引起的彩色感覺相同，所以就說紅光、綠光相加得黃光。同理，綠光、藍(lán)光相加得青光；藍(lán)光、紅光相加得品色光(即紫紅色光。品紅簡稱品，也有人稱之為紫，但實(shí)際上與譜色紫不一樣)；紅、綠、藍(lán)三色光按一定比例相加為白光。

紅＋綠＝黃

紅＋藍(lán)＝紫

綠＋藍(lán)＝青

紅＋綠＋藍(lán)＝白

目前所有發(fā)光系統(tǒng)均采用相加混色。它利用人眼的視覺特性（對(duì)彩色有空間和時(shí)間的混色效應(yīng)）來相加混色。相加混色稱為RGB色彩空間。相加混色不僅運(yùn)用三基色原理，還進(jìn)一步利用人眼的視覺特性，產(chǎn)生較相減混色更寬的彩色范圍。常用的相加混色方法有以下三種：時(shí)間混色法：將三基色按一定比例輪流投射（到同一屏幕上），由于人眼的視覺惰性，只要交替速度足夠快，產(chǎn)生的彩色視覺與三基色直接相混時(shí)一樣?？臻g混色法：將三基色同時(shí)投射到彼此距離很近的點(diǎn)上，利用人眼分辨力有限的特性而產(chǎn)生混色，或者使用空間坐標(biāo)相同的三基色光的同時(shí)投射產(chǎn)生合成光，這是同時(shí)制彩色電視圖像和計(jì)算機(jī)圖像的顯示基礎(chǔ)。生理混色法：利用兩只眼睛分別觀看兩個(gè)不同顏色的同一景象，也獲得混色效果。4、相減混色：

彩色印刷或彩色打印的紙張是不能發(fā)射光線的，因而印刷機(jī)或彩色打印機(jī)就只能使用一些能夠吸收特定的光波而反射其它光波的油墨或顏料。油墨或顏料的三基色是青（Cyan）、品紅（Magenta）和黃（Yellow）（習(xí)慣上的藍(lán)、紅、黃），簡稱為CMY。理論上說，任何一種由顏料表現(xiàn)的色彩都可以用這三種基色按不同的比例混合而成，這種色彩表示方法稱CMY色彩空間表示法。彩色打印機(jī)和彩色印刷系統(tǒng)都采用CMY色彩空間。其是白光中減去基色的方法。

黃＝白－藍(lán)

紫＝白－綠

青＝白－紅黃（＋）紫＝白－藍(lán)－綠＝紅黃（＋）青＝白－藍(lán)－紅＝綠青（＋）紫＝白－紅－綠＝藍(lán)黃（＋）青（＋）紫＝白－藍(lán)－紅－綠＝黑由于它在原理上是通過過濾得到需要的顏色，所以現(xiàn)實(shí)中許多高亮度的彩色無法配出。為了配出更多更艷麗的顏色，有的印刷廠采用不止三種顏料。由于同樣的原因，有的彩色噴墨打印機(jī)有5種甚至更多的墨水。5、互補(bǔ)色

凡是兩種色光相混合而成白光或灰色，這兩種色光互為補(bǔ)色（Complementary

Colors）。任何二非補(bǔ)色相混合會(huì)產(chǎn)生中間色。

CMY空間正好與RGB空間互補(bǔ)，也即用白色減去RGB空間中的某一色彩值就等于同樣色彩在CMY空間中的值。RGB相加混色CMY相減混色對(duì)應(yīng)色彩000111001110010101011100100011101010110001111000RGB空間與CMY空間的互補(bǔ)關(guān)系如表所示：

根據(jù)這個(gè)原理，很容易把RGB空間轉(zhuǎn)換成CMY空間。由于彩色墨水和顏料的化學(xué)特性，用等量的CMY三基色得到的黑色不是真正的黑色，因此在印刷術(shù)中常加一種真正的黑色（blackink），所以CMY又寫成CMYK。第三節(jié)表色系統(tǒng)

顏色的種類很多，日常用不同的名稱命名，如紅、大紅、朱紅、粉紅、紫紅、桃紅等等。由于人們感受的差別，這種命名往往會(huì)造成不確切的結(jié)果。將顏色進(jìn)行分類，并用數(shù)字、字母加以表示，這是很必要的。表色系統(tǒng)可分兩大類。

一類是以顏色的三個(gè)特征為依據(jù)，即按色調(diào)、明度和彩度來分類；另一類是以三原色說為依據(jù)，即任一給定顏色可以用三種原色按一定比例混合而成。屬于前一類的表色系統(tǒng)稱為單色分類系統(tǒng)，這是一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)的顏色樣品系列組成，并將它們按序排列予以命名的系統(tǒng)，需要說明的顏色只要與這類系統(tǒng)中的某一種顏色樣品相一致就可確定其顏色，目前用得最廣泛的是孟塞爾表色系統(tǒng)。屬于后一類的表色系統(tǒng)稱為三色分類系統(tǒng)，這是以進(jìn)行光的等色實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的、由色刺激表示的體系，用得最廣泛的是CIE表色系統(tǒng)。一、孟塞爾表色系統(tǒng)：美國的美術(shù)教育家AlbertH.Munsell1905年發(fā)表）孟塞爾表色系統(tǒng)是由孟塞爾（1858-1918）創(chuàng)立的，它是一種采用顏色圖冊的表色系統(tǒng)，按顏色的三個(gè)屬性即色調(diào)、明度和彩度進(jìn)行分類，并以它們的各種組合來表示。

①色調(diào)H(孟塞爾色調(diào))：

按紅(5R)、黃紅(5YR)、黃(5Y)、黃綠(5GY)、綠(5G)、藍(lán)綠(5BG)、藍(lán)(5B)、藍(lán)紫(5PB)、紫(5P)、紅紫(5RP)分成10個(gè)色調(diào)，每一色調(diào)又各自分成從0～10的感覺上的等距指標(biāo)，共有40個(gè)不同的色調(diào)。②明度V(孟塞爾明度)：對(duì)同一色調(diào)的色來說，淺的明亮，深的陰暗。其中光波被完全吸收而不反射者為最暗，明度定為零，光被全部反射而不吸收者為最亮，明度定為10，在它們之間按感覺上的等距指標(biāo)分成10等分來表示其明度值。

③彩度C(孟塞爾彩度)：對(duì)相同明度的色彩來說，又有鮮艷和陰沉之分，鮮艷的程度稱為彩度。如紅旗的紅，其彩度高，紅小豆的紅，其彩度就低，而一般光譜色的彩度最高。色調(diào)和明度具有一定的顏色，在圖冊排列中把無彩色的彩度作為零，彩度按感覺上的等距指標(biāo)增加。彩度不像明度那樣規(guī)定為11個(gè)等級(jí)，不同的色調(diào)所分的等級(jí)也不同。例如藍(lán)色為1～6，紅色為1～16。在一種色內(nèi)，數(shù)字大的彩度就高。按上述色調(diào)、明度和彩度的分類，孟塞爾表色系統(tǒng)用數(shù)字和符號(hào)表示顏色的方法是：先寫色調(diào)，其次寫明度，然后在斜線下寫出彩度(HV／C)。如紅旗要表示為5R5/10。對(duì)于無彩色用符號(hào)N，再標(biāo)上明度值，如N5。二、CIE表色系統(tǒng)

①視覺的三色原理假說（辯色原理）眼睛受單一波長的光刺激產(chǎn)生一種顏色感覺，而受一束包含各種波長的復(fù)合光刺激也只產(chǎn)生一種顏色感覺。這說明視覺器官對(duì)刺激具有特殊的綜合能力。研究證明，光譜的顏色基本上可以用紅、綠、藍(lán)三種光譜波長的光相混合而得，據(jù)此而提出了彩色視覺的三原色學(xué)說。

這個(gè)學(xué)說可以追述到19世紀(jì)：英國心理學(xué)家楊格(ThomasYoung1773-1829)于1802年提出三原色說。他發(fā)現(xiàn)混合紅、綠、藍(lán)三色光可得到各種不同的色彩。德國心理學(xué)家亨姆霍茲(HermanL.F.vonHelmholtz1821-1894)

驗(yàn)證其學(xué)說并發(fā)表于其＜生理光學(xué)＞(PhysiologicalOptics1866)一書中。

這個(gè)學(xué)說認(rèn)為錐狀細(xì)胞包含紅、綠、藍(lán)三種反應(yīng)色素（或三種細(xì)胞類型紅敏、綠敏、藍(lán)敏細(xì)胞），它們分別對(duì)不同波長的光發(fā)生反應(yīng)，視覺神經(jīng)中樞綜合這三種刺激的相對(duì)強(qiáng)度而產(chǎn)生一種顏色感覺。三種刺激的相對(duì)強(qiáng)度不同時(shí)，就產(chǎn)生不同的顏色感覺。三種反應(yīng)色素（或三種感光細(xì)胞）對(duì)可見光的反應(yīng)靈敏度曲線見圖。Vr（λ）、Vg（λ）、Vb（λ）分別表示紅敏、綠敏、藍(lán)敏細(xì)胞的光譜光效率曲線，其最大值分別在光譜的紅、綠、藍(lán)區(qū)域；三者相加得明視覺曲線。

當(dāng)一束光射入人眼時(shí)，三種細(xì)胞產(chǎn)生各自不同的反應(yīng)。如：580nm黃光射入，只對(duì)紅敏、綠敏產(chǎn)生刺激，藍(lán)敏無反應(yīng)。在紅敏、綠敏共同作用下產(chǎn)生黃色感覺。如品藍(lán)色對(duì)紅、藍(lán)敏產(chǎn)生刺激引起品色。從分析可看出：有兩組光譜分布不同的光，只要三種光敏細(xì)胞對(duì)其反應(yīng)相同，則主觀色彩感覺相同。某復(fù)合彩色光的功率波譜為Φe（λ），對(duì)三種光敏細(xì)胞來講其光通量分別為：大腦根據(jù)ΦR、ΦG、ΦB三者的比例決定了總的色度感覺；而三者合成的總光通量決定了總的亮度感覺。因此，具有不同功率波譜Φe(λ)的兩種光，只要由它們計(jì)算出的ΦR、ΦG、ΦB分別相同，則從人眼彩色視覺來講是完全等效的。復(fù)合光的亮度等于各光分量的亮度之和這一規(guī)律，稱為格拉司曼(Grassman)定律。三、RGB計(jì)色制

1、配色實(shí)驗(yàn)：據(jù)三基色原理，三種基色按不同比例混合可以得到不同色彩。現(xiàn)在給定一色彩，如何知道混出這種彩色所需的三基色量的比例？這由配色實(shí)驗(yàn)完成。配色實(shí)驗(yàn)原則上可采用各種不同的三色組，為標(biāo)準(zhǔn)化起見，國際照明委員會(huì)(CIE)作了統(tǒng)一規(guī)定選水銀光譜中波長為546.1nm的綠光為綠基色光；波長為435.8nm的藍(lán)光為藍(lán)基色光；波長為700nm的紅光為紅基光。實(shí)驗(yàn)表明：為配出標(biāo)準(zhǔn)白光E白，三基色的光通量比例為：

1:4.5907:0.0601＝1[R]+1[G]+1[B]

國際上規(guī)定：光通量為1lm（光瓦）的紅光為一個(gè)紅基色單位，用[R]表示；4.5907lm（光瓦）的綠光為一個(gè)綠基色單位，用[G]表示；0.0601lm（光瓦）的藍(lán)光為一個(gè)藍(lán)基色單位，用[B]表示。作這樣規(guī)定后，比色計(jì)調(diào)節(jié)器的度數(shù)可以直接用[R],[G],[B]進(jìn)行刻度。用F表示某一具有一定亮度和色度的彩色光，︱F︱表示其光通量，則：

FE白＝1[R]+1[G]+1[B]

注意：若三基色光按同樣比例增大或減小，配出的仍是E白光；但光通量發(fā)生變化。2、配色方程與色系數(shù)：

F=R[R]+G[G]+B[B]

式中：R,G,B表示需配彩色光中所含的三基色單位的數(shù)量。其比例關(guān)系決定了需配光的色度，其數(shù)值則決定了該光的光通量：

︱F︱＝（R＋4.5907G+0.0601B）lm此公式被稱為RGB計(jì)色制的亮度方程。3、分布色系數(shù)：CIE-RGB光譜的分布色系數(shù)是317位正常視覺者，用CIE規(guī)定的紅、綠、藍(lán)三原色光，對(duì)等能光譜色從380nm到780nm所進(jìn)行的專門性顏色混合匹配實(shí)驗(yàn)得到的。也就是配出輻射功率為1瓦波長為λ的單色光所需的三基色光的單位數(shù)。計(jì)為：則單位輻射功率的單色光的配色方程為：F（λ）的在數(shù)值上表示等能光譜色的相對(duì)亮度。如右圖。F（555）＝1。按“標(biāo)準(zhǔn)觀察者”測定的分布色系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪出的一組曲線，稱為混色曲線(也稱光譜系數(shù)曲線)。如圖所示。由圖可見，在某些波長區(qū)間可能為負(fù)值……利用分布色系數(shù)還可以計(jì)算具有任意功率波譜Φe（λ）的彩色光F的色系數(shù)。即：4、RGB色度圖：在只考慮色度的情況下，起作用的是RGB的比例。∴令m＝R+G+B（色模）；r＝R/m，g＝G/m，b＝B/m配色方程可變?yōu)椋篎=m{r[R]+g[G]+b[B]}；

︱F︱＝m{r+4.5907g+0.0601b}r、g、b稱為色度坐標(biāo)或相對(duì)色系數(shù)，它們分別表示：當(dāng)規(guī)定所用三基色單位總量為1時(shí)（r+g+b=1），為配出某給定色度的彩色光所需要的[R]、[G]、[B]數(shù)值。根據(jù)分布色系數(shù)可求出光譜色中所有單色光的相對(duì)色系數(shù)(即色度坐標(biāo))即：∵r+g+b=1∴只要兩個(gè)就可以表示出色度。于是，各種彩色的色度可以采用二維表示法。RGB色度圖就是用r-g直角坐標(biāo)系來表示各種色度時(shí)所畫出的平面圖形，如下頁圖所示。舌形曲線（數(shù)字、虛線、譜色光、飽和度、三基色頂點(diǎn)、）

彩色合成計(jì)算：兩個(gè)彩色光F1，F(xiàn)2混合得到另一個(gè)彩色光F1+2

。配色實(shí)驗(yàn)表明：為配出合成色光F1+2所需各基色的色系數(shù)，正好等于色光F1和F2對(duì)應(yīng)該基色分量的色系數(shù)之和。即：F1=R1[R]+G1[G]+B1[B]F2=R2[R]+G2[G]+B2[B]F1+2=(R1+R2)[R]+(G1+G2)[G]+(B1+B2)[B]圖中單位紅基色[R]的色度坐標(biāo)為r＝1，g＝b＝0；單位綠基色[G]的坐標(biāo)為g＝1，r=b=0；單位藍(lán)基色[B]的坐標(biāo)為r＝0、g＝0(對(duì)應(yīng)b＝1)，而r＝g＝1/3(b＝1/3)表示等能白光E白。由[R]、[G]、[B]三點(diǎn)連成的三角形稱彩色三角形，其重心E即為等能白光E白的位置。在連接[R]和[G]的直線上，r、g之和恒為l，即b＝0。在彩色三角形內(nèi)r+g≤l，r、g、b均為正值，說明由三基色相加混合配出的各種彩色均在三角形內(nèi)。5、XYZ計(jì)色制RGB計(jì)色制采用物理三基色，物理概念清楚，但用起來很不方便。首先，在色度圖上不能表示出亮度，某彩色光的光通量仍需按式進(jìn)行計(jì)算。其次，混色曲線r(λ)、g(λ)、b(λ)中有負(fù)值存在，在用求和法對(duì)色系數(shù)R、G、B進(jìn)行近似計(jì)算時(shí)，容易出差錯(cuò)。另外，譜色軌跡不全在坐標(biāo)的第一象限內(nèi)，作圖也感不便。因此，為了克服上述缺點(diǎn)，國際照明委員會(huì)規(guī)定了另一種坐標(biāo)系，就是現(xiàn)在常用的CIE1931-XYZ制系統(tǒng)。

1、三基色單位[X],[Y],[Z]的確定：在XYZ計(jì)色制中，任一種彩色光的配色方程為：F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]

必須指出XYZ不能由配色實(shí)驗(yàn)測得，[X],[Y],[Z]（計(jì)算三基色）不能用物理方法求得。∵它們不是實(shí)際的顏色，只是用來計(jì)算的假象顏色。選擇[X],[Y],[Z]時(shí)作了以下規(guī)定：(1)當(dāng)它們配出實(shí)際色彩時(shí)，三個(gè)色系數(shù)均應(yīng)為正值；(2)為方便計(jì)算，使合成彩色光的亮度僅由Y[Y]一項(xiàng)確定，并且規(guī)定1[Y]光通量為1lm（光瓦）。換句話說，另外兩個(gè)基色光不構(gòu)成混合色光的亮度，但合成光的色度仍然由[X]、[Y]、[Z]的比值確定;(3)X=Y=Z時(shí)，混合得到是E白光。XYZ計(jì)算三基色系統(tǒng)是在物理三基色系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出來的，∴必須弄清楚XYZ系統(tǒng)中各個(gè)單位和系數(shù)與RGB系統(tǒng)之間的關(guān)系，從而根據(jù)物理三基色配色實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定計(jì)算三基色系統(tǒng)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和曲線。確定計(jì)算三基色在RGB色度圖上的位置：據(jù)零亮度線、舌形曲線上取700nm、640(560)nm兩點(diǎn)作直線、選用略微離開504nm點(diǎn)的切線的平行線；三條直線相交得到[X],[Y],[Z]三點(diǎn)。三點(diǎn)形成的三角形把舌形曲線包括在內(nèi)，從而保證實(shí)際彩色XYZ都為正值。

[X],[Y],[Z]在RGB色度圖的坐標(biāo)為：rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602雖然[X],[Y],[Z]是虛基色，但從數(shù)學(xué)角度來看，仍可以認(rèn)為每一計(jì)算基色是由物理三基色以適當(dāng)比例混合得到。∴1[X]＝m1｛r1[R]＋g1[G]＋b1[B]｝1[Y]＝m2｛r2[R]＋g2[G]＋b2[B]}1[Z]＝m3｛r3[R]＋g3[G]＋b3[B]｝據(jù)條件②③得由物理三基色求計(jì)算三基色的關(guān)系。

2、配色方程與色系數(shù)：(同一個(gè)彩色光的色系數(shù)轉(zhuǎn)換）計(jì)算求出XYZ與RGB系統(tǒng)之間的色系數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

方法為：已知某彩色光F在RGB坐標(biāo)中的色系數(shù)R、G、B則

F=R[R]+G[G]+B[B]；該彩色光在XYZ系統(tǒng)中可表示為F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]

由于是代表同一色彩，應(yīng)相等。經(jīng)代入整理得：倒過來由XYZ求RGB的公式：XYZ系統(tǒng)的分布色系數(shù)：在XYZ系統(tǒng)中也可以用分別表示配出1瓦譜色光F(λ)所需的[X],[Y],[Z]的數(shù)量。稱為XYZ系統(tǒng)的分布色系數(shù)?？捎缮厦娴木仃嚽蟮谩Ｒ姇系谋?。得到右側(cè)曲線。如果是合成光，其功率波譜為Φ（λ），那么該彩色光的計(jì)算三色系數(shù)為：3、XYZ色度圖（CIE1931－XY色度圖）：只考慮色度時(shí)，無需XYZ的絕對(duì)值，僅知相對(duì)比例就可?！喾抡誖GB系統(tǒng)引入色模m’＝X+Y+Z；x＝X/m’，y＝Y(jié)/m’，z＝Z/m’x+y+z=1?！郮YZ系統(tǒng)也可用二維坐標(biāo)表示任意色度。

F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]=m’{x[X]＋y[Y]＋z[Z]}XYZ系統(tǒng)的色坐標(biāo)也可由分布色系數(shù)求得：

相對(duì)色系數(shù)x、y、z只有兩個(gè)是獨(dú)立的，規(guī)定用x、y為坐標(biāo)畫出平面色度圖。

說明：①所有光譜色都位于舌形曲線上，軌跡兩端可用直線連起來，位于位于這條直線上的是非譜色，如各種紫紅色。

②連接色度圖上兩點(diǎn)的直線，其上各點(diǎn)代表了用這兩種彩色按不同比例混合所得到的顏色。連接三點(diǎn)顏色形成的三角形，形內(nèi)任一顏色可用此三顏色混合而成。[R],[G],[B]位于舌形曲線上（單一波長譜色光），[R],[G],[B]構(gòu)成的三角形表示可以混合得到的顏色范圍；之外……。[X],[Y],[Z]三點(diǎn)構(gòu)成直角三角形，所有色彩都在其內(nèi)，基色[X],[Y],[Z]位于實(shí)際色彩區(qū)域之外，為假想的彩色∵位于飽和度100%的紅綠藍(lán)附近，∴稱為過飽和紅綠藍(lán)色。

③色域：各種實(shí)際色彩在XYZ色度圖的位置大致的劃分如圖。圖中的色彩是逐漸變化的越靠近舌形軌跡色彩越深……，中心區(qū)域是白色區(qū)域。④絕對(duì)黑體輻射軌跡。⑤飽和度：當(dāng)某彩色光的色度坐標(biāo)確定后，就可以在色度圖上標(biāo)出它的位置。另外，一定的色度也可以用色調(diào)波長(或稱主波長)和飽和度(或稱純度)來表示。例如，在圖中，從標(biāo)準(zhǔn)白光E白的坐標(biāo)點(diǎn)W向譜色軌跡上波長為λ的某點(diǎn)G作一直線WG，則直線上某點(diǎn)F對(duì)應(yīng)的色光可認(rèn)為是由單色光Fλ與白光相混配出的。因而λ稱為F色光的色調(diào)波長。顯然，在WG