色度學的基本知識

關于色度學的基本知識第一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三色度學

色度學是研究人的顏色視覺規(guī)律、顏色測量理論與技術的科學，它是一門本世紀發(fā)展起來的，以物理光學、視覺生理、視覺心理、心理物理等學科為基礎的綜合性科學。色度學與物理光學等學科的基礎不同,物理光學可以認為是客觀的科學,是與人類無關的。而色度學卻是一種主觀的科學,它以人類的平均感覺為基礎,因此它屬于人類工程學范疇,以對光強的度量來說,物理光學以光的輻射能量這個客觀單位來度量,而色度學卻以色光對人眼的刺激強度來度量。色度學確切的講它是研究人眼對顏色感覺規(guī)律的一門科學。以對光強的度量來說,物理光學以光的輻射能量這個客觀單位來度量,而色度學卻以色光對人眼的刺激強度來度量。輻射能量很大的波長很長的紅光對人來說卻沒有輻射能量很小的黃光亮,人們就認為黃光的強度比紅光大。在人們眼中所反映出的顏色，不單取決于物體本身的特性，而且還與照明光源的光譜成分有著直接的關系。所以說在人們眼中反映出的顏色是物體本身的自然屬性與照明條件的綜合效果。我們用色度學來評價的結(jié)論就是這種綜合效果每個人的視覺并不是完全一樣的。在正常視覺的群體中間，也有一定的差別。目前在色度學上為國際所引用的數(shù)據(jù)，是由在許多正常視黨人群中觀測得來的數(shù)據(jù)而得出的平均結(jié)果。就技術應用理論上來說，已具備足夠的代表性和可靠的準確性。第二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三國際照明委員會(CIE)國際照明委員會(CommissionInternationaleedI'Eclairage-CIE)

主要研究照明的專業(yè)術語、光度學和色度學的國際學術研究機構(gòu)。設在巴黎。早在1924年前就已從事標準色度學系統(tǒng)的研究，1931年根據(jù)萊特(W.D.Wright)在1928-1929年和吉爾德(J.Guild)在1931年研究三原色的角度觀察效果，加以平均，規(guī)定了CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值，并據(jù)以繪制出偏馬蹄形曲線的*色度圖，稱為“1931CEL-RGB系統(tǒng)色度圖”，后經(jīng)修改被推薦為1931CIE-XYZ系統(tǒng)，為國際通用色度學系統(tǒng)，稱為“CIE標準色度學系統(tǒng)”，所作的圖則稱“CIE1931色度圖”。1964年又綜合斯泰爾斯(W.S.Stiles)和伯奇(J.M.Bruch)以及斯伯林斯卡婭(N.I.Speranskaya)1959年發(fā)表的研究結(jié)果，制定了CIE1964補充色度學系統(tǒng)以及相應的色度圖，為世界各國廣泛采用，據(jù)以進行色度計算和色差計算。1964年又提出了“均勻顏色空間”的三維空間概念，1976年加以修訂，并正式被采用。CIE為此還提出了確定的參照光源，稱“CIE標準光源”。

第三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三眼睛的剖視結(jié)構(gòu)*角膜(Cornea):

眼球壁的正前方，1mm厚，為一彈性的透明組織占眼球壁面積1/6，光線經(jīng)角膜曲光折射進入眼內(nèi)。*虹膜(Iris):

位于形成眼壓的房水(AqueousHumor)后面(水晶體前面)決定眼睛的顏色白種人兒童虹膜色素少，為藍色，年老色素增多成棕黑色）其肌鍵可控制瞳孔（Pupil)大小(約為2-8mm之變化)使得影像隨外界明暗變化成像于視網(wǎng)膜上。*水晶體(Lens)：

虹膜后透明雙凸透鏡，兩曲面之曲率不同，厚4mm，9mm直徑曲光率靠睫狀肌(CiliaryBody)收縮而改變。第四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三眼睛的剖視放大圖片第五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三視覺原理人眼基本上可以看成是一個包含在鞏膜內(nèi)的不透光暗室。它具有一個由角膜﹑前房水﹑水晶體和玻璃體組成的折射光學系統(tǒng)﹐它們將入射光線聚焦在眼球后面的視網(wǎng)膜上形成一個倒像。虹膜上的小孔叫瞳孔﹐瞳孔的大小可以改變﹐以便調(diào)節(jié)進入眼睛的光通量。在低亮度它完全打開時﹐直徑可達8mm左右﹐而在高亮度環(huán)境中﹐其直徑為1.5mm左右﹐其有效孔徑(光圈)從f/11到f/2﹐焦距約為16mm。視網(wǎng)膜由一個感光細胞薄層組成﹐上面的細胞分為兩種類型﹕一種是錐形的﹐一種是桿形的﹐它們大約有一億二千五百萬個﹐不均勻地分布在視網(wǎng)膜上。這兩類細胞的作用不同﹐桿形細胞作用相當于高靈敏度﹑粗顆粒的黑白底片﹐它在很暗的光照下還能起作用﹐但不能區(qū)別顏色﹐的到的像輪廓不夠清晰﹔錐形細胞作用相當于靈敏度比較差﹑顆粒細的彩色底片﹐它在較強的光照下才能起作用﹐能區(qū)別顏色﹐得到的像的細節(jié)較清晰。第六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三視覺原理進入眼睛的光線通過瞳孔后到達水晶體凸透鏡﹐在周圍睫狀肌的作用下﹐透鏡可以適當?shù)卣{(diào)節(jié)它的形狀﹐使一定遠近范圍內(nèi)(約從無窮遠到15cm)的物體都能分別成像于視網(wǎng)膜上﹐兩種感光細胞把像的訊號經(jīng)過視神經(jīng)通道傳送到大腦。水晶體是折射率不均勻的物體﹐其外層折射率為1.38﹐內(nèi)層折射率接近1.41﹐水晶體的焦距可以靠其表面曲率的變化來改變。隨著物體離眼睛距離的不同﹐水晶體焦距作相應的變化﹐因而在視網(wǎng)膜上可以得到物體清晰的像﹐這個過程稱為調(diào)焦。正常的眼睛處于沒有調(diào)節(jié)的自然放松狀態(tài)時﹐無窮遠物體正好成像在視網(wǎng)膜上﹐即眼睛的像放焦點正好與視網(wǎng)膜重合﹐所以眼睛觀察遠處物體不容易疲勞﹐故目視儀器的調(diào)節(jié)應使像成于無限遠處。觀察近距物體時﹐水晶體周圍的睫狀肌向內(nèi)收縮﹐使水晶體曲率半徑變小﹐這時眼睛的焦距縮短﹐像方焦點由網(wǎng)膜上向前移動﹐使有限距離處的物體成像在視網(wǎng)膜上。第七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三視神經(jīng)放大圖片第八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三視覺原理進入眼睛的光線被視網(wǎng)膜（Retina)上的桿狀（Rod）和錐狀(Cone)細胞（見右圖）所接受，并產(chǎn)生電子訊號刺激后方的神經(jīng)細胞層在精于大腦整合產(chǎn)生視覺影像。

桿狀（Rod）細胞主司明暗的判別，平均約有1億兩千萬個細胞，可接受400～600nm波長的光線，不具色彩判別力。錐狀(Cone)細胞，則集中在視網(wǎng)膜中央的部分，可接受400～700nm波長的光線，具辨別色彩的能力，但數(shù)量只有6百萬個。這也說明了為什么人的眼睛對明暗對比的判定，要比色彩的變化來的敏感的原因。第九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三視覺暫留現(xiàn)象人眼之所以能夠看清一個物體，乃是由于該物體在光的照射下，物體所反射或透射的光進入人眼，刺激了視神經(jīng)，引起了視覺反應。當這個物體從眼前移開，對人眼的刺激作用消失時，該物體的形狀和顏色不會隨著物體移開而立即消失，它在人眼還可以作一個短暫停留，時間大約為1/10秒。物體形狀及顏色在人眼中這個短暫時間的停留，就稱為視覺暫留現(xiàn)象。正因為有了這種視覺暫留現(xiàn)象，人們才能欣賞到電影、電視的連續(xù)畫面。視覺暫留現(xiàn)象是視錯覺的一種表現(xiàn)。

第十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三眼睛的分辨能力眼睛分辨物體細節(jié)的能力與視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)(主要是其上面的感光單元的分布)有關﹐不同部分亦很大的差別。在網(wǎng)膜中央靠近光軸的一個很小的區(qū)域(稱為黃斑直徑約為1.5mm)里﹐分辨能力最高。能分辨的最近兩點對眼睛的張角﹐稱為最小分辨角。在白晝的照明條件下﹐黃斑內(nèi)的最小分辨角接近1‘﹐趨向網(wǎng)膜邊緣﹐分辨能力急劇下降。所以人的眼睛視場雖然很大﹐水平方向視場角約為160度﹐垂直方向約為130度﹐但其中只有中央視角6~7度的一個小范圍內(nèi)才能較清楚地看到物體的細節(jié)。另外﹐眼睛的分辨能力與照明環(huán)境有很大的關系﹐在夜間照明條件比較差的時候﹐眼睛的分辨能力大大下降﹐最小分辨角可達1度以上。人們大約可分辨出一百多種顏色。這種單波長的色光非常鮮艷,人們稱為純色。實際看到的色光大多數(shù)是由許多種波長的光組成的。例如太陽光就是從紅光到藍光的連續(xù)光譜組成的。第十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的視覺

(視網(wǎng)膜的顏色區(qū))對顏色的感覺是光的輻射能對視網(wǎng)膜上錐體細胞作用的結(jié)果﹐由于錐體細胞的分布不同﹐因而不同區(qū)域?qū)︻伾母惺苣芰σ膊煌Ｒ暰W(wǎng)膜中央能分辨各種顏色﹐由中央向外圍部分過渡﹐對顏色的分辨能力逐漸減弱﹐直到對顏色的感覺消失。觀察小視場和大視場的顏色會有不同結(jié)果。眼感受到顏色﹐不只決定于客觀的刺激﹐還取決于用眼的什么位置接受這個刺激。(例﹕當比較兩種顏色時﹐視場的角值不應超過1.5度)第十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的視覺

(顏色辨認)顏色是外來的光刺激作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺。因而物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光源、周圍環(huán)境的顏色，以及觀察者的視覺系統(tǒng)有關系。一般來說可見光譜上的各種顏色隨光強度的增加而有所變化(向紅色或藍色變化)。這種顏色隨光強度而變化的現(xiàn)象﹐叫做貝楚德-樸爾克效應。但在光譜上黃(527nm)﹑綠(503nm)﹑藍(478nm)三點基本上不隨光強而變。人眼對波長變化引起的顏色變化的辨認能力(顏色辨認的靈敏閾)﹐在光譜中的不同位置是不同的。人眼剛能辨認的顏色變化就稱為顏色辨認的靈敏閾。最靈敏處為480nm(青)及600nm(橙黃)附近﹔最不靈敏處為540nm(綠)及光譜兩端。靈敏處只要波長改變1nm﹐人眼就能感受到顏色的變化﹐而多數(shù)要改變1~~2nm才行。

第十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的視覺

(顏色的分類)顏色可分為彩色和非彩色。非彩色指白色﹑黑色和各種不同深淺的灰色。

彩色就是指黑白系列以外的各種顏色。對于理想的完全反射的物體﹐其反射率為100%﹐稱它為純白﹔而對于理想的完全吸收的物體﹐其反射率為零﹐稱它為純黑。白色﹑黑色﹑和灰色物體對光譜各波段的反射和吸收是沒有選擇性的﹐稱它們?yōu)橹行陨?。對光來說﹐非彩色的黑白變化相當于白光的亮度變化﹐即當白光的亮度非常高時﹐人眼就感覺到是白色的﹔當光的亮度很低時﹐就感覺到發(fā)暗或發(fā)灰﹐無光時是黑色的。第十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的視覺

(非彩色的特性)1)非彩色的特性可用明度表示﹕明度是指人眼對物體的明亮感覺。影響的因素﹕輻射的強度大小(亮度的大小)

一般亮度越大﹐我們感覺物體越明亮﹔但當亮度變化很小﹐人眼不能分辨明度的變化﹐可以說明度沒變﹐但不能說亮度沒變。因為亮度是有標準的物理單位﹐而明度是人眼的感覺。人的經(jīng)驗在同樣的亮度情況下﹐我們可能認為暗環(huán)境高反射率(例如在較暗環(huán)境中的白色書頁)明度比亮環(huán)境較低反射率(例如在光亮環(huán)境中的黑墨)的物體明度高。第十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三彩色的三個特性(明度)彩色有三種特性﹕明度﹑色調(diào)和飽和度。色調(diào)和飽和度又總稱為色品(色度)。明度是指色彩的明暗程度。每一種顏色在不同強弱的照明光線下都會產(chǎn)生明暗差別，我們知道，物體的各種顏色，必須在光線的照射下，才能顯示出來。這是因為物體所呈現(xiàn)的顏色，取決于物體表面對光線中各種色光的吸收和反射性能。前面提到的紅布之所以呈現(xiàn)紅色，是由于它只反射紅光，吸收了紅光之外的其余色光。白色的紙之所以呈現(xiàn)白光，是由于它將照射在它表面上的光的全部成分完全反射出來。如果物體表面將光線中各色光等量的吸收或全部吸收，物體的表現(xiàn)將呈現(xiàn)出灰色或黑色。同一物體由于照射在它表面的光的能量不同，反射出的能量也不相同，因此就產(chǎn)生了同一顏色的物體在不同能量光線的照射下呈現(xiàn)出明暗的差別。白顏料屬于高反射率物質(zhì)，無什么顏色摻入白顏料，可以提高自身的明度。黑顏料屬于反射率極低的物質(zhì)，因此在各種顏色的同一顏色中（黑除外）摻黑越多明度越低。

在攝影中，正確處理色彩的明度很重要，如果只有色別而沒有明度的變化，就沒有縱深感和節(jié)奏感，也就是我們常說的沒層次。

第十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三彩色的三個特性(色調(diào))色調(diào)就是指不同顏色之間質(zhì)的差別，它們是可見光譜中不同波長的電磁波在視覺上的特有標志。色彩所具有的最顯著特征就是色調(diào)，也稱色相。它是指各種顏色之間的差別。從表面現(xiàn)象來講，例如一束平行的白光透過一個三棱鏡時，這束白光因折射而被分散成一條彩色的光帶，形成這條光帶的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等顏色，就是不同的色調(diào)。從物理光學的角度上來講，各種色調(diào)是由射入人眼中光線的光譜成分所決定的，色調(diào)即色相的形成取決于該光譜成分的波長。物體的色調(diào)由照射光源的光譜和物體本身反射特性或者透射特性決定。例如藍布在日光照射下，只反射藍光而吸收其它成分。如果分別在紅光，黃光或綠光的照射下，它會呈現(xiàn)黑色。紅玻璃在日光照射下，只透射紅光，所以是紅色。光源的色調(diào)取決于輻射的光譜組成和光譜能量分布及人眼所產(chǎn)生的感覺。第十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三彩色的三個特性(飽和度)飽和度是指構(gòu)成顏色的純度也就是彩色的純潔性﹐色調(diào)深淺的程度。它表示顏色中所含彩色成分的比例。彩色比例越大，該色彩的飽和度越高，反之則飽和度越低。從實質(zhì)上講，飽和度的程度就是顏色與相同明度有消色的相差程度，所包含消色成分越多，顏色越不飽和。色彩飽和度與被攝物體的表面結(jié)構(gòu)和光線照射情況有著直接的關系。同一顏色的物體，表面光滑的物體比表面粗糙的物體飽和度大；強光下比陰暗的光線下飽和度高?？梢姽庾V的各種單色光是最飽和的彩色。當光譜色(即單色光)摻入白光成份時﹐其彩色變淺﹐或者說飽和度下降。當摻入的白光成份多到一定限度時﹐在眼睛看來﹐它就不再是一種彩色光而成為白光了﹐或者說飽和度接近于零，白光的飽和度等于零。物體彩色的飽和度決定于其反射率(或透過率)對譜線的選擇性﹐選擇性越高﹐其飽和度就越高。也就是說物體色調(diào)的飽和度決定于該物體表面反射光譜輻射的選擇性程度，物體對光譜某一較窄波段的反射率很高，而對其它波長的反射率很低或不反射，表明它有很高的光譜選擇性，物體這一顏色的飽和度就高。不同的色別在視覺上也有不同的飽和度，紅色的飽和度最高，綠色的飽和度最低，其余的顏色飽和度適中。在照片中，高飽和度的色彩能使人產(chǎn)生強烈、艷麗親切的感覺；飽和度低的色彩則易使人感到淡雅中包含著豐富。第十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的視覺

(顏色的特性)亮度或明度是光作用于人眼時所引起的明亮程度的感覺，是指色彩明暗深淺的程度，也可稱為色階。亮度有兩種特性：同一物體因受光不同會產(chǎn)生明度上的變化；強度相同的不同色光，亮度感不同。飽和度指色彩純粹的程度。淡色的飽和度比濃色要低一些；飽和度還和亮度有關，同一色調(diào)越亮或越暗越不純。色光的基色或原色為紅（R）、綠（G）、藍（B）三色,也稱為光的三基色。三原色以不同的比例相混合，可成為各種色光，但原色卻不能由其它色光混合而成。色光的混合是光量的增加，所以三原色相混合而成白光，而兩種色光相混合而成白光，這兩種色光互為補色。光的物理性質(zhì)由它的波長和能量來決定。波長決定了光的顏色，能量決定了光的強度。光映射到我們的眼睛時，波長不同決定了光的色相不同。波長相同能量不同，則決定了色彩明暗的不同。色調(diào)與飽和度合稱為色度（Chromaticity），它既說明彩色光的顏色類別，又說明顏色的深淺程度。色度再加上亮度，就能對顏色作完整的說明。第十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三格拉斯曼顏色混合定律1)人的視覺只能分辨顏色的三種變化﹕

明度﹑色調(diào)和飽和度2)在由兩個成份組成的混色中﹐如果一個成份連續(xù)變化﹐混合色的外貌也連續(xù)變化。由此可導出﹕

補色律如果兩種彩色以適當?shù)谋嚷驶旌虾罂梢援a(chǎn)生白色或灰色﹐稱該兩種彩色互為補色。如果兩者按其它比例混合﹐則產(chǎn)生近似于比重較大的彩色成份的非飽和色。每一種彩色都有一種相應的補色。中間色律任何兩種非補色相混和﹐便產(chǎn)生中間色﹐其色調(diào)決定于兩彩色在色調(diào)順序上的遠近。3)外貌相同的光﹐不管它們的光譜組成是否一樣﹐(在視覺效果上相同的光﹐可以是由不同光譜組成的﹐這就是所謂的同色異譜現(xiàn)象)在顏色混合中具有相同的效果。也就是說﹐凡是視覺上相同的顏色﹐在顏色混合中都是等效的。由此又可導出﹕顏色代替律如果顏色A=顏色B﹐顏色C=顏色D﹐(式中的“=”表示視覺上的相同)﹐那么就有顏色A+顏色C顏色B=顏色B+顏色D。(式中的“+”表示相加混合)例如﹕如果C=A+B且B=X+Y那么就有C=A+(X+Y).4)亮度相加律混合色的總亮度等于組成混合色的各種顏色的亮度的總和。上述的顏色混合定律不適合用于染料或涂料的混合。第二十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色匹配把兩種顏色調(diào)節(jié)到視覺上相同或相等的方法﹐稱為顏色的匹配。通過顏色相加的混合方法﹐改變顏色的明度﹑色調(diào)和飽和度三特性。其中兩個相互匹配的顏色，盡管處在不同條件下，兩個顏色仍始終保持匹配，即不管顏色周圍環(huán)境的變化，或者人眼已經(jīng)對其它顏色光適應后再來觀察，視場中兩種顏色始終保持匹配。稱為顏色匹配恒常律。在一個給定的光源條件下，一對具有不同光波的物體可以產(chǎn)生相同的顏色，這一現(xiàn)象叫做條件配色，這一對物體稱為條件配色對.第二十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的混合

顏色的相互混合稱為混色?；焐旨臃ɑ焐蜏p法混色。將幾種顏色光同時或快速先后刺激人的視覺器官,便產(chǎn)生不同于原來顏色的新的顏色感覺,這就是顏色相加混合的方法,稱為加法混色。

格拉斯曼定律認為，在由兩個成分組成的混和色中，如果一個成分連續(xù)地變化，混和色的外貌也連續(xù)變化。根據(jù)顏色的代替律可知，只要在感覺上顏色是相同的，便可以相互代替，所得的視覺效果是相同的，因而可以利用顏色混合的方法來產(chǎn)生或代替所需要的顏色。染料的混合稱為減色混合。紅、綠、藍三種顏色染料等量混合之后的顏色為黑色。

Kubelka-Munk的色料混合理論認為：當幾種色料混合時，總的吸收與散射為各色料的吸收與散射之和。如果各色料之間不起化學作用，則混合物的吸收系數(shù)和散射系數(shù)為各色料的吸收系數(shù)和散射系數(shù)之和。因顏料的吸收作用使光能下降，所以透明顏料的混合遵循減色混合原理。第二十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三混色規(guī)律不同顏色混合在一起，能產(chǎn)生新的顏色，這種方法稱為混色法。混色分為相加混色和相減混色。相加混色是各分色的光譜成分相加，彩色電視就是利用紅、綠、藍三基色相加產(chǎn)生各種不同的彩色。相減混色中存在光譜成分的相減，在彩色印刷、繪畫和電影中就是利用相減混色。它們采用了顏色料，白光照射在顏色料上后，光譜的某些部分使被吸收，而其他部分被反向或透射，從而表現(xiàn)出某種顏色?；旌项伭蠒r，每增加一種顏料，都要從白光中減去更多的光譜成分，因此，顏料混合過程稱為相減混色。第二十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三相加混色的實現(xiàn)方法為了實現(xiàn)相加混色，除了將三種不同的基色，同時投射到某一全反射面產(chǎn)生相加混色外，還可以利用人眼的某些視覺特性實現(xiàn)相加混色。1.時間混色法：將三種不同的基色以足夠快的速度輪流投射到某一平面，因為人眼的視覺惰性，分辨不出三種基色，而只能看到它們的混合色。時間混色法是順序制彩色電視的基礎。2.空間混色法：將三種基色分別投射到同一表面上相鄰的三點，只要這些點足夠的近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨出這三種基色，而只能感覺到它們的混合色。空間事法是同時制彩色電視的基礎。3.生理混色法：當兩只眼睛同時分別觀看不同的顏色，也會產(chǎn)生混色效應。例如，兩只眼睛分別戴上紅、綠濾波眼鏡，當兩眼分別單獨觀看時，只能看到紅光或綠光；當兩眼同時觀看時，正好是黃色，這就是生理混色法。第二十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色匹配

(轉(zhuǎn)盤匹配)利用轉(zhuǎn)盤進行顏色混合﹐實現(xiàn)顏色匹配。如右圖(a)所示﹐假定所選定的三原色為紅(R)﹑綠(G)﹑藍(B),它們各自的量以扇形面積表示﹐被匹配的顏色(C)放在轉(zhuǎn)盤的中心﹐當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時﹐R﹑G﹑B先后刺激人眼產(chǎn)生混合色的效果。改變R﹑G﹑B的比例﹐直到與C匹配為止。黑色扇形(圖中加陰影部分)的加入﹐是用以調(diào)節(jié)混合色的明度﹐使其與C的明度一致。以便獲得匹配的最好效果。當C很飽和時﹐用圖(a)的辦法有可能不能實現(xiàn)匹配﹐此時可將三原色之一(例如B)加在被匹配的顏色C上﹐如圖(b)所示。(a)圖可以看做是相加混色法中的時間混色法﹐利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象﹐在足夠快的旋轉(zhuǎn)中﹐使人眼分辨不出三種基色，而只能看到它們的混合色。遙為匹配某一特定顏色所需三原色的數(shù)量稱為三刺激值。第二十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色匹配

(白色屏幕匹配)用三原色光照明白色屏幕的同一位置﹐光線經(jīng)過屏幕的反射而達到混合。改變?nèi)獾谋壤o即可實現(xiàn)匹配。如右圖所示﹐被匹配的顏色C加在屏幕的另一側(cè)。匹配后﹐視場中S及F兩部分的視覺外貌相同。第二十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色匹配

(視覺鄰近匹配)

不同的顏色刺激同時作用到視網(wǎng)膜非常鄰近的部位﹐也可產(chǎn)生顏色混合現(xiàn)象。這就要求三色光在物面上要靠的足夠近。彩色顯象管就是基于此原理而實現(xiàn)顏色混合的。在上述的三種顏色匹配方法中﹐第二種白色屏幕匹配的顏色混合是在外界發(fā)生的﹐而其它兩種﹐顏色的混合是通過視覺器官實現(xiàn)的?？偨Y(jié)前面提到的顏色匹配的方法﹕1)顏色的混合是在外界發(fā)生的。

2)顏色的混合是通過視覺器官實現(xiàn)的。第二十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三色對比和色適應在視場中，相鄰區(qū)域的不同顏色的相互影響叫做色對比。它包括有明度對比、色調(diào)對比、彩度對比。一般的顏色對比是這三種對比的綜合結(jié)果。對比的結(jié)果是增強了相鄰顏色間的差異。人眼對某一色光適應后，觀察另一物體的顏色時，不能立即獲得客觀的顏色印象，而帶有原適應色光的補色成份，需經(jīng)過一段時間適應后才獲得客觀的顏色感覺，這個過程稱作色適應的過程，這種現(xiàn)象稱作色適應。第二十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三黑體任何物體都具有不斷輻射、吸收、發(fā)射電磁波的本領。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關，因而被稱之為熱輻射。為了研究不依賴于物質(zhì)具體物性的熱輻射規(guī)律，物理學家們定義了一種理想物體——黑體(blackbody)，以此作為熱輻射研究的標準物體通常的光源如太陽,日光燈,白熾燈等發(fā)出的光統(tǒng)稱為白光.但由于發(fā)光物質(zhì)不一樣,光譜成份相差也很大.如何區(qū)別各種光源因光譜成份不同而出現(xiàn)的差別呢?為此物理學中用一個稱為黑體的輻射源作為標準,這個黑體是一種理想的熱輻射體,它的輻射程度只與它的溫度有關.

所謂黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射(當然黑體仍然要向外輻射)。顯然自然界不存在真正的黑體，但許多地物是較好的黑體近似(在某些波段上)?；鶢柣舴蜉椛涠?Kirchhoff)，在熱平衡狀態(tài)的物體所輻射的能量與吸收的能量之比與物體本身物性無關,只與波長和溫度有關。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領最大的物體，可叫作完全輻射體第二十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三色溫當用其它光源和黑體輻射作比較時,察看它的輻射與黑體何種溫度時的輻射特性相當(即它們的光譜成份相同),就以黑體此時的溫度(絕對溫度)稱為某光源的色溫.在實際使用中,這常是用光源中的藍色光譜成份和紅色光譜成份的比例來區(qū)別,光源色溫的高低一般是藍色成份高時色溫較高;紅色成份高時色溫較低.

色溫：光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時，黑體的溫度稱為該光源的色溫相關色溫：當光源的光譜只能與黑體某一溫度下的光譜相近似，而不能精確等效時，則稱這一溫度為光源的相關色溫。

由于黑體這個溫度與顏色有關，故名色溫

注意，光源的色溫與光源本身的溫度是兩回事，通常兩者是不相同的。例如白熾燈光源本身溫度為2800K，但其色溫是2845K。維恩（Wien）位移定律指出：當絕對黑體的溫度增高時，最大的發(fā)射本領向短波方向移動（見圖2.1-1）,所以色溫較高的光源，其發(fā)出的輻射能較多地分布在波長較短的綠光和藍光之中；而色溫較低的光源，其輻射能較多地分布在波長較長的紅光中。因此，在標準白光中，色溫較低者，偏紅；色溫較高時，偏藍。第三十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三電磁波譜在電磁波輻射范圍內(nèi)，只有波長380nm到780nm（1nm=10*-6mm）的輻射能引起人們的視感覺，這段光波叫做可見光。

第三十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的波譜光色波長λ（nm)代表波長紅（Red）780～630700橙（Orange）630～600620黃（Yellow）600～570580綠（Green）570～500550青（Cyan）500～470500藍（Blue）470～420470紫（Violet）420～380420第三十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三標準照明體1)標準照明體A代表絕對溫度大約為2856K完全輻射體(黑體)的光。2)標準照明體B代表相關色溫大約為4874K的直射日光﹐它的光色相當于中午陽光。3)標準照明體C代表相關色溫大約為6774K的平均日光﹐它的光色近似陰天天空的日光。4)標準照明體D65代表相關色溫大約為6504K的日光。5)其他D照明體代表標準照明體D65以外的其它日光﹐如D55﹑D75。D55代表相關色溫為5503K的典型日光﹐常用于攝影。D75代表相關色溫為7504K的典型日光﹐用于高色溫光源下進行精細辨色的場合。上述照明體﹐B和C不理想﹐因而用照明體D代表日光。在應用中﹐推薦A和D65作為普遍應用的標準照明體。第三十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三標準光源為了較為準確和規(guī)范地描述色調(diào)，CIE(國際照明委員會)制定了4種標準光源，以統(tǒng)一色調(diào)值。這4種標準光源的名稱見下表，在這4種標準光源中，常用的Ｃ光源和Ｄ65光源，我國以Ｄ65為標準光源。

1)標準光源A

色溫2856K的充氣鎢絲燈。2)標準光源B

A光源加一組特定的戴維斯-吉伯遜液體濾光器﹐以產(chǎn)生相關色溫4874K的輻射。3)標準光源C

A光源加另一組特定的戴維斯-吉伯遜液體濾光器﹐以產(chǎn)生相關色溫6774K的輻射。標準照明體D﹐CIE尚未推薦出相應的標準光源。

我國以Ｄ65為標準光源。第三十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三關于顏色視覺理論

現(xiàn)代顏色視覺理論主要有兩大類：一是楊-赫姆霍爾茲的三色學說，二是赫林的“對立”顏色學說。前者從顏色混合的物理規(guī)律出發(fā)，后者從視學現(xiàn)象出發(fā)，兩者都能解釋大量現(xiàn)象，但是各有欠缺之處。例如：三色學說是最大優(yōu)越性是能充分說明各種顏色的混合現(xiàn)象，但最大的因難是不能滿意地解釋色盲現(xiàn)象。對立學說對于色盲現(xiàn)象能夠得到滿意的解釋，但是最大的困難是對三基色能產(chǎn)生所有顏色這一現(xiàn)象沒有充分的說明，而這一物理現(xiàn)象正是近代色度學的基礎，一直有效地指導著電視技術的發(fā)展，彩色電視技術的發(fā)展，彩色電視技術中是依靠三色學說作為理論基礎的。在1971年后階段學說逐漸的取而代之，其認為有三種色彩的接收器，在接受到光線刺激時，將來自不同波長的刺激透過神經(jīng)細胞傳送電子訊號給大腦。而大腦的則將送進來的訊號依對立色彩學說的原則進行處理而反應成你所認知的色彩。也就是說眼睛視網(wǎng)膜底部的色彩接受端會對三原色的波長（R.G.B）產(chǎn)生反應，并且產(chǎn)生神經(jīng)電子訊號送往大腦進行判讀。而大腦會將所得到的訊號轉(zhuǎn)換為紅，綠，黃，藍四色（C.M.Y.K.）并組合成影像。第三十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三三基色原理(三色學說)

1807年，楊(T.Young)和赫姆霍爾茲(H.L.F.vonHelmholtz)根據(jù)紅、綠、藍三原色可以產(chǎn)生各種色調(diào)及灰色的顏色混合規(guī)律，假設在視網(wǎng)膜上有三種神經(jīng)纖維，每種神經(jīng)纖維的興奮都引起一種原色的感覺。光作用于視網(wǎng)膜上別然能同時引起三種纖維的興奮，但由于光的波長特性，其中一種纖維的興奮特別強烈。例如，光譜長波端的光同時刺激“紅”、“綠”、“藍”三種纖維，但“紅”纖維的興奮最強烈，而有紅色感覺。中間波段的光引起“綠”纖維最強烈的興奮，而有綠色感覺。依同理，短波端的光引起藍色感覺。光刺激同時引三種纖維強烈興奮的時候，就產(chǎn)生白色感覺。當發(fā)生某一顏色感覺時，雖然一種纖維興奮強烈，但另外兩種纖維也同時興奮，也就是有三種纖維的活動，所以每種顏色都有白光成份，即有明度感覺。1860年赫姆霍爾茲補充楊的學說，認為光譜的不同部分引起三種纖維不同比例的興奮。對光譜的每一波長，三種纖維都有其特有的興奮水平，三種纖維不同程度的同時活動就產(chǎn)生相應的色覺?！凹t”和“綠”纖維的興奮引起橙黃色感覺，“綠”和“藍”纖維的興奮引起藍紫色感覺。這個學說現(xiàn)在通常稱為楊-赫姆霍爾茲學說，也叫做三色學說。楊-赫姆霍爾茲學說的最大優(yōu)越性是能充分說明各種顏色的混合現(xiàn)象。赫姆霍爾茲用簡明的三種神經(jīng)纖維的假設，使顏色實踐中顏色混合這一核心問題得到滿意的解釋現(xiàn)代色度學的根源立方追溯到楊-赫姆霍爾茲的三色學說。第三十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三對立顏色學說(四色學說)赫林(E.Hering)的對立顏色學說也叫做四色學說。1878年赫林觀察到顏色現(xiàn)象總是以紅-綠，黃-藍，黑-白成對關系發(fā)生的，因而假定視網(wǎng)膜中有三對視素：白-黑視素、紅-綠視素、黃-藍視素。這三對視素的代謝作用包括建設(同化)和破壞(異化)兩種對立的過程。光刺激破壞白-黑視素，引起神經(jīng)沖動產(chǎn)生白色感覺。無光刺激時白-黑視素便重新建設起來，所引起的神經(jīng)沖動產(chǎn)生黑色感覺。對紅-綠視素，紅光起破壞作用，綠光起建設作用。對黃-藍視素，黃光起破壞作用，藍光起建設作用。因為種種顏色都有一定的明度，即含有白色成份，所以每一顏色不僅影響其本身視素的活動，而且也影響白-黑視素的活動。當補色混合時，某一對視素的兩種對立過程形成平衡，因而不產(chǎn)生與該視素有關的顏色感覺

，但所有顏色都有白色成份所以引起白-黑視素的破壞作用而產(chǎn)生白色或灰色感覺。同樣情

形，當所有顏色都同時作用到各種視素時，紅-綠、黃-藍視素的對立過程都達到平衡，而只有白-黑視素活動，就引起白色或灰色感覺。當視網(wǎng)膜的一部分正在發(fā)生某一對素的破壞作用，其相鄰部分便發(fā)生建設作用，而引起同時對比色盲是由于缺乏一對視素(紅-綠或黃-藍)或兩對視素(紅-綠、黃-藍)的結(jié)果。這一解釋與色盲常是成對出現(xiàn)(即紅-綠色盲或藍-黃色盲)的事實是一致的，缺乏兩對視素時便產(chǎn)生全色盲

。第三十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三階段學說顏色視覺過程可以分成幾個階段。第一階段，視網(wǎng)膜有三組獨立的錐體感色物質(zhì)，它們有選擇地吸收光譜不同波長的輻射，同時每一物質(zhì)又可單獨產(chǎn)生白和黑的感應。在強光作用下產(chǎn)生白的反應，無外界刺激時是黑的反應。第一階段，在神經(jīng)興奮由錐體感受器向視覺中樞的傳導過程中，這三種反應又重新組合，最后形成

三對對立性的神經(jīng)反應，即紅或綠、黃或藍、白或黑反應?？傊?，顏色視覺的機制很可能在視網(wǎng)膜感受器水平是三色的，符合楊-赫姆霍爾茲的學說；而在視網(wǎng)膜感受器以上的視覺傳導通路水平則是四色的，符合赫林的學說。顏色視覺機制的最后階段發(fā)生在大腦皮層的視覺中樞。在這里產(chǎn)生種顏色感覺。顏色視覺過程的這種設想常叫做“階段”學說。我們看到，兩個似乎完全對立的古老顏色學說，現(xiàn)在終于由顏色視覺的階段學說統(tǒng)一在一起了。第三十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三三基色(三原色)原理三基色是這樣的三種顏色，它們相互獨立，其中任一色均不能由其它二色混合產(chǎn)生。它們又是完備的，即所有其它顏色都可以由三基色按不同的比例組合而得到。有兩種基色系統(tǒng)，一種是加色系統(tǒng)，其基色是紅、綠、藍；另一種是減色系統(tǒng)，其三基色是黃、青、紫（或品紅）。不同比例的三基色光相加得到彩色稱為相加混色，其規(guī)律為：紅＋綠＝黃紅＋藍＝紫藍＋綠＝青紅＋藍＋綠＝白

(如右圖所示)第三十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三三基色(三原色)原理彩色還可由混合各種比例的繪畫顏料或染料來配出，這就是相減混色。因為顏料能吸收入射光光譜中的某些成分，未吸收的部分被反射，從而形成了該顏料特有的彩色。當不同比例的顏料混合在一起的時候，它們吸收光譜的成分也隨之改變，從而得到不同的彩色。其規(guī)律為：黃＝白－藍紫＝白－綠青＝白－紅黃＋紫＝白－藍－綠＝紅黃＋青＝白－藍－紅＝綠紫＋青＝白－綠－紅＝藍黃＋紫＋青＝白－藍－綠－紅＝黑相減混色主要用于美術、印刷、紡織等。根據(jù)人眼上述的彩色視覺特征，就可以選擇三種基色，將它們按不同的比例組合而引起各種不同的彩色視覺。這就是三基色原理的主要內(nèi)容。第四十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三量度色彩表現(xiàn)的主要考量由于人眼的判斷標準不一，如何度量色彩成為一個大問題。不僅是彩色攝影似乎是否忠誠地再現(xiàn)被攝景物的色彩，一般的印刷染色都會牽涉到色彩重現(xiàn)的問題。因此，在制訂色彩度量衡標準時，必須克服三個要素：色彩可以透過數(shù)字或圖表計量與表現(xiàn)。顏色的表現(xiàn)會隨不同的環(huán)境及條件變化，同時還受諸觀測者心理上的的反應影響。因此，必須制訂能表現(xiàn)整體色彩感受范圍的標準與邊界。利用顏料或染料表現(xiàn)影像色彩時，由于這些化學制品無法像光線一樣，而是采用吸收和反射光源中特定波長的，來達到顯色的目的。因此，在測量這類色彩時，必須對光源標準和環(huán)境參數(shù)作統(tǒng)一規(guī)范。第四十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色方程若以(C)代表被匹配的顏色﹐(R)﹑(G)﹑(B)代表三原色﹐而以C﹑R﹑G﹑B分別代表它們的數(shù)量﹐則顏色匹配可用顏色方程表示﹕

C(C)=R(R)+G(G)+B(B)

當三原色之一(例如B)必須加在被匹配的顏色上時﹐顏色方程可表示為﹕C(C)+B(B)=R(R)+G(G)

這一方程在色度學中可表達成﹕C(C)=R(R)+G(G)-B(B)

在色度學當中﹐顏色的數(shù)量是用色度學單位(或稱T單位)來度量的。假定用三原色去匹配標準白光﹐需三原色分別為lR﹑lG﹑lB

流明﹐就把lR:lG:lB

定為(R)﹑(G)﹑(B)的相對亮度單位(色度學單位)。換句話說﹐三原色分別用一個色度學單位單位混合就可以得到標準白光﹐也稱為等能白光。所謂標準白光﹐是指假想的在整個可見光譜范圍內(nèi)光譜輻射能相等的光源的光色﹐也稱等能白色。色溫為5500k的白光與其很相似。第四十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的表示方法(RGB表色系統(tǒng))RGB表色系統(tǒng)為了表示顏色﹐國際照明委員會(CIE)規(guī)定兩種方法﹐即兩種表色系統(tǒng)﹐并分別稱為1931CIE-RGB系統(tǒng)和1931CIE-XYZ。兩種系統(tǒng)的主要區(qū)別在于前者采用客觀的光譜色作為三原色﹐后者是采用假想的三原色。1.RGB表色系統(tǒng)國際照明委員會（CIE）規(guī)定：三原色分別為﹕波長為700nm，光通量為1光瓦的紅光作為一個紅基色單位（或稱單位量），用[R]表示﹔波長為546.1nm，光通量為4.5907光瓦的紅光作為一個綠基色單位﹐用[G]表示；波長為435.8nm，光通量為0.0601光瓦藍光作為一個藍基色單位，用[B]表示。這樣規(guī)定的原因是上述三者都比較容易精確地產(chǎn)生出來。是采用汞弧光譜中經(jīng)濾波后的單一譜線作為觀標準的。它們?nèi)菀撰@得，色度穩(wěn)定而準確，配出彩色也較多。色度圖的讀數(shù)將按基色單位[R]、[G]、[B]進行刻度，而不按輻射功率或者光通量刻度,其分別為1流明﹑4.5907流明﹑0.0601流明﹐它們是三基色的單位﹐或稱為基色量。第四十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三三基色(三原色)原理實驗發(fā)現(xiàn)，人眼的視覺響應應取決于紅、綠、藍三分量的代數(shù)和，即它們的比例決定了彩色視覺，而其亮度在數(shù)量上等于三基色的總和。這個規(guī)律稱為Grassman定律。由于人眼的這一特性，就有可能在色度學中應用代數(shù)法則。白光(W)可由紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色相加而得，它們的光通量比例為ΦR：ΦG：ΦB＝1：4.5907：0.0601通常，取光通量為1光瓦的紅基色光為基準，于是要配出白光，就需要4.5907光瓦的綠光和0.0601光瓦的藍光，而白光的光通量則為Φw＝1+4.5907+0.0601＝5.6508光瓦為簡化計算，使用了三基色單位制，記作[R]、[G]、[B]，它規(guī)定白光是由各為1個單位的三基色光組成，即MＷ=1[R]+1[G]+1[b]符號M的含義是“可由…混合配出”。由此可知，=1個單位[R]＝1光瓦(紅基色光)1個單位[G]＝4.5907光瓦(綠基色光)1個單位[B]＝O.0601光瓦(藍基色光)第四十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三三基色(三原色)原理選定上述單位以后，對于任意給出的彩色光Ｃ，其配色方程可寫成Ｃ＝r1[R]+g1[G]+b1[B]該色的光通量為Φc＝(r1+4.5907g1+0.0601b1)光瓦＝680(r1+4.5907g1+0.0601b1)流明其中，r1、g1、b1為三個色系數(shù)。在只考慮色光色度時，起決定作用的是r1、g1、b1的相對比例，而不是其數(shù)值大小，于是可進一步規(guī)格化。令m=r1+g1+b1;r=r1/mg=g1/m;b=b1/m顯然，r+g+b=1式中，m稱為色模，它代表某彩色光所含三基色單位的總量。r、g、b稱為RGB制的色度座標或相對色系數(shù)，它們分別表示：當規(guī)定所用三基色單位總量為1時，為配出某種給定色度的色光所需的[R]、[G]、[B]數(shù)值。這樣，Ｃ＝m{r[R]+g[G]+b[B]}。第四十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的表示方法(RGB表色系統(tǒng))在顏色方程中﹐如果R﹑G﹑B的比例發(fā)生了變化﹐那么混合色的色品將發(fā)生變化。如果R﹑G﹑B變化時保持相互間的比例不變﹐那么只引起混合色的亮度變化﹐而色品不變。因此混合色的色品只決定于R﹑G﹑B的比例。在顏色方程中﹐因有C=R+G+B﹐將配色方程變形為(C)=R/C(R)+G/C(G)+B/C(B)﹐由此可以看出三原色的刺激值在總顏色的刺激值(R+G+B)中所占的比例﹐取決于三刺激值的相對量。令

r=R/(R+G+B)﹑g=G/(R+G+B)﹑b=B/(R+G+B)﹐稱為色品坐標(相對三色系數(shù))。由此即可得出r+g+b=1﹐即色品坐標r﹑g﹑b中﹐只有兩個獨立﹐因此可用二維空間表示彩色光的色品。對于標準白光﹐R=G=B=1﹐因此標準白光的色坐標為r=g=b=1/3

第四十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三如果將

R、

G、

B看成三個變量,就形成一個三維彩色空間?？梢杂靡粋€三維的立方體來表示它們能組成的所有顏色

:顏色的表示方法第四十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三圖示CIE1931RGB系統(tǒng)色度圖

第四十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的表示方法(XYZ表色系統(tǒng))XYZ表色系統(tǒng)RGB系統(tǒng)在某些場合下﹐例如被匹配顏色的飽和度很高時﹐三色系數(shù)就不能同時去正﹐而且由于三原色都對混合色的亮度有貢獻﹐當用顏色方程計算時就很不方便。希望有一種系統(tǒng)能滿足以下的要求﹕(1)三刺激值均為正(2)某一種原色的刺激值﹐正好代表混合色的亮度﹐而另外兩種原色對混合色的亮度沒有貢獻。(3)當三刺激值相等時﹐混合光仍代表標準(等能)白光。這樣的系統(tǒng)在以實際的光譜色為三原色時是找不到的﹐于是就出現(xiàn)了以假想色為三原色的XYZ表色系統(tǒng)。第四十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三顏色的表示方法(XYZ表色系統(tǒng))在XYZ表色系統(tǒng)中﹐彩色表示為C(C)=X(X)+Y(Y)+Z(Z)。同RGB系統(tǒng)一樣﹐在XYZ系統(tǒng)中﹐色品坐標為﹕