[工程科技]色彩学第1章 光与色觉讲课讲稿

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色光三原色
据牛顿的散色实验,白光经过一个三棱镜时会形成赤、橙、黄、绿、青、 蓝、紫的色谱带,这说明白光是一种复合光,可以被分解。
1.从物理刺激方面,三种色,蓝、绿、红在光谱中波长范围最宽,最鲜明, 最突出
2.另一方面,由于色彩的形成与人眼有关,根据解剖学知道人眼的视网膜上 存在3种分别对蓝、绿、红产生感觉的视神经,当上面的3种光线进入人 眼后,视神经受到刺激而感觉到了色,这也就是说,人眼所看到的颜色 都与蓝、绿、红3种光线有关。
υ表示光的频率(υ=c/λ )
c表示光速,为3×108m/sec,λ表示波长。
则公式为:E=hc∕λ,称普朗克光量子能量公式。
波长越短,频率就越高,光子的能量就越大,紫外线波长短,红外线波 长长,所以紫外线的能量比红外线的能量要大。
光的色散
我们生活在一个五光十色、色彩缤纷的世界中, 各种物体、烟火、 彩色电视的画面、天空和落日等都呈现出不同的色彩, 光怎么会
色光加色法的类型——视觉器官内的加色混合
(4) 静态混合与动态混合比较 ① 在视觉器官内进行色光混合的成色现象 只能观察到各色块的平均明度。 ② 主要区别:不同色光对于人眼的刺激方 式与刺激时间不同 静态混合是处于静态的色光反射到人眼内, 几种色光同时作用于人的视网膜。而动态混合 则是处于运动状态的几种色光先后并连续刺激 人的眼睛,从而使人产生综合色觉。
这种白光被分解成各种色光的现象称为“色散”。
白光色散后按波长顺序排列而成的彩色光带称为“可见光谱”。
图中色散光谱的位置离开了白光投射方向而偏向棱镜的底侧。其中,紫 色折射系数最大,偏离最大;红色折射系数最小,偏离最小。
色散光谱中,每一种颜色只有一种波长。这种只含有一种波长而不能再 分解的光称为“单色光”,也称为“光谱色”。也可以让三棱镜折射出 来的一种色彩的光再经过三棱镜,它不能再发生色散,称这种色光单色光。
(与吸收物体的分子结构有关,
D lg i alc 介与质照厚射波度长介内有含质关色)浓料度的(单数位量体) 积
透射光通量

D
lg 1
光透射密度
选择性吸收:白光照射在物体上,由于物体吸 收了部分波长色光使物体呈色的现象。
原因:a λ =f(λ) 特点:吸收补色光
印刷上就是充分利用色光三原色的特性, 利用三种分别只能通过蓝、绿、红三色 光的滤色片以实现对原稿上所有颜色的 分解。
色光混合——三原色的波长和色相
(1)光谱中波段范围 红:600~700nm 绿:500~600nm 蓝:400~470nm (2)CIE制定了色光三原色的色相
和波长 红 R 700nm 系大红色,带有微黄 绿 G 546.1nm 鲜绿色,不带任何
1.视觉器官外混合(色光直接混合) (1)定义:在光源发射光波过程中的直接混合呈色现
象,称为现象,称为“色光直接混合”。 (2)特点:在进入人眼之前各色光说已经加在一起,
所以又称为“视觉器官以外的色光混合”。 (3)色光直接混合会引起亮度的增加,混合后色彩的
亮度是原来各色光的亮度之和。
色光加色法的类型——视觉器官内的加色混合
可见光谱
光的性质
1、光的波动性。光以横波的形式进行传播,其速度是每秒30万千米。光 具有绕射、折射、反射、散射等波动性
2、光的量子性,由普朗克提出。光是以c速度运动的粒子流,称为光子, (看上去是光,实际上是由一组一组的光子组成的),每一个光子都有 一定的能量,其公式为:E=hυ
式中h是一个常数,为普朗克恒量(6.624×10-27尔格•秒)。
有不同的颜色呢?
在可见光谱范围内,不同波长的 辐射能引起人的不同颜色感觉, 这在1666年英国科学家牛顿的三 棱镜分析日光实验中已得到证实。
牛顿发现,当太阳光通过一个三 棱镜后再投射到一块白色的屏幕 上时,白色的太阳光变成有如雨 后彩虹一样的光带。光带颜色的 变化是逐渐过渡的,但有些部分 的变化显著,颜色差别较大,由 上而下呈红、橙、黄、绿、青、 蓝和紫七色排列(见右上图)
[工程科技]色彩学第1章 光与色本质 相对光谱能量分布 色光加色法
1. 色与光的关系
色彩是自然界客观存在的一种物理现象,是光线作用与物体后所产生的 不同吸收、反射或透射的结果。
色彩是人对眼睛视网膜接收到的光作出反应,在大脑中产生的某种感觉。 众所周知,我们所见到的大部分物体是不发光的,如果在黑暗的夜里,或者
其他颜色倾向 蓝 B 435.8nm 略带红色,俗称蓝
紫色 (3)亮度比例 R:G:B=1:4.5907:0.0601
光加色混合
1.定义:由两种以上的色光混合呈现另一种色光的效应。 2.色光加色法的实质 由光源发出的不同色光直接混合时,混合色的光通量等于各组成色的光通量之和,
满足亮度相加定律,混合后的亮度比混合前的每一色光的亮度还亮,所以色 光相加,能量相加,越加越亮。 3.色光混合规律 (1)等量混合 R+G=Y R+B=M G+B=C R+G+B=W
影响。
一个正常色觉必须同时具备4个条件时才能实现 1、光源。颜色是光作用与物体后的结果,没有光就没有颜色。 2、物体。 3、眼睛。 4 、大脑。具有功能正常的视觉器官和大脑,这样我们才能有正确分析,
正确辨色的能力。
2. 光的本质——光的定义
众所周知,宇宙之间存在着电磁波,迄今为止发现的最短的电磁波是1012nm,最长的波长是108nm,nm表示纳米,1纳米=10-9m 。 电磁波的分布及命名如下图所示:
主波长 700 620 580 550 500 470 420
3. 相对光谱能量分布
光阑
透镜
棱镜
透镜 光阑 光源
光源
分光辐射度计原理图
光谱密度(spectral concentration):在以波长λ 为中心的微小波长范围内的辐射能与该波长 的宽度之比。
c()d d c
[W /n]m
光谱密度表示了单位波长区间内辐射能的大小。
色觉简单来讲就是色彩感觉,是人的颜色视觉特性。色觉是受大 脑支配的一种感觉机能,是人类认识颜色和辨别颜色的能力。色 彩是与人的感觉(外界的刺激)和人的知觉(记忆、联想、对 比…)联系在一起的。色彩感觉总是存在于色彩知觉之中,很少 有孤立的色彩感觉存在。所以说色觉并不是客观存在的,它不仅 与物体本身的颜色特性有关,而且还受时间、空间、周围环境的
第一章 光与色觉
第二节 物体的光谱特性
第二节 物体的光谱特性
1. 透射
Φi
Φρ
Φτ
光透射率(比 ) i
光谱透射率( ()比) () i()
2. 光吸收
3. 朗伯定律:在一定波长下,光的吸收量与吸光材料
的厚
度成正比 。
4. 比耳定律:在一定波长下,光的吸收量与吸光材料 的浓度成正比 。
5. 朗伯-比耳定律: 入射光通量 吸收物体的分子消光指数
光是能量的一种形式,是一种电磁辐射能。我们肉眼所能看的光线称为可 见光。可见光的振幅大小产生明暗的变化,光波的长短产生光色的区别。
光波长在380~780纳米之间的为可见光,即用三棱镜分解太阳光形成的光 谱,红色光的波长最长,紫色光的波长最短,相应地在色彩中,红色传递的 讯息最远,而紫色传递的讯息最近。因此波长在380纳米以外,可使人体皮 肤变黑的光线称之为紫外线,波长在780纳米以外,能产生热量的光线称之 为红外线。另外,在不可见光中还有可以透过物体(金属除外)的X光线、 迦玛线、有辐射作用的电磁波等其他射线,这些都是肉眼看不见的光,要 通过仪器才能观测。
反过来,如果在光线分散的途中 加一块凸透镜,,使分散的光线集 中,集中的一点又成为白色光。
棱镜 白 光
光的色散示意图
日光中含有不同波长的辐射能,当他们混合在一起并同时刺激人眼时, 形成白色的感觉,而当白色的日光通过三棱镜时,因日光种不同波长光 的折射系数不同,折射后投射在白屏幕上的位置也不同,从而形成色光 带。
+
=
+
=
+
=
+
+
=
光加色混合
(2)不等量混合 红与绿可得橙、黄、黄绿 红与蓝可得品红、红紫 蓝与绿可得绿蓝、青、青绿光
(3)互补色:凡两种色光相加,呈现白色光对这两种色光互为补色 R+C=W G+M=W B+Y=W
+
=
+
=
+
=
色光加色法的类型——视觉器官外混合
色光加色的成色现象是各种不同色光在人们视觉器官 中同时产生兴奋而产生的色觉。
由单色光混合而成的光称为“复合光”。白光就是一种复色光,大自然 中的太阳光、火光,以及人造光源荧光灯等发出的光都是复合光。
一个颜色的光可以是单色光,也可以是复合光。
光色 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
太阳光谱中波长与光色的关系
波长(nm) 780-630 630-600 600-570 570-500 500-470 470-420 420-380
色光加色法的类型——视觉器官内的加色混合
(3) 动态混合 ① 定义:由两种以上色光迅速交替地作用于
人的视觉器官从而产生综合色觉的过程也称为 色的相继混合。 ② 原理:以人眼的视觉暂留现象为基础。 视觉暂留:当看到物体消失后,它的形状和颜 色仍会在视网膜上保持1/10秒时间的现象 例:麦克斯韦色盘 动画片。
3.实验证明,自然界几乎所有的颜色都可以根据蓝、绿、红3种成分的不同 比例来再现。所以在色彩学上,我们把蓝、绿、红称为色光三原色。
利用这三种波长的光就可合成自然界中的一切色彩,也就是说,物体的 不同色彩只是包括了不同比例的蓝、绿、红三种光的合成。这就是色光 加色法。
色光混合——色光三原色
两种或两种以上的色光相互混合时,能 够获得另外一种色光的方法,人们称之 为色光加色法。
相对光谱功率分布:用任意值表示的 光谱功率分布
光源的相对光谱辐射功率(能量)决 定了光源的颜色特性或者说光源颜色 特性取决于在发出的光线中不同波长
的相对能量比例。
白炽灯的相对光谱功率分布曲线 连续光谱相对辐射分布曲线 线状光谱相对辐射分布曲线
知道了光源的相对光谱能量分布,就知道了
光源的颜色特性。反过来说,光源的颜色特性,
2.视觉器官内的加色混合(色光间接混合) (1)定义:指参加混合的各单色光在人们视觉器官
中同时产生兴奋而产生色觉。 (2)静态混合 ① 定义:处于静态下两种以上并列颜色反射的色光,
同时作用于人眼产生综合色光的过程,由于这种色光 混合受空间距离影响,所以也称为“空间混合”。 ② 条件:不同色点的面积要很小色点与色点的距离很 近,色点的面积虽然较大,但观察的距离要远。 即只有在小视角的情况下才能产生色的空间混合。
当三原色光蓝、绿、红相等量两两进行 混合时,可以分别得到亮度较高的青 (C)、品红(M)、黄(Y),当蓝、 绿、红三者等量相加时便得到了白色 (W),其颜色方程如下:B+G=C、 B+ R=M、G+R=Y、B+G+R=W。
在上面的各个颜色合成方程中,只要改 变其中任何一种原色光的比例便可得到 自然界中的一切颜色。
光谱分布(spectral distribution):光谱密度与波 长之间的关系。
光谱功率(能量)分布:指光源的光 谱辐射功率(能量)按波长的分布。
绝对光谱功率分布曲线:以波长为横 坐标而以光源辐射的各种波长光能量 绝对值为纵坐标所作的曲线。
相对光谱功率分布曲线:令光谱分布 能量的最大值为“1”,将光源辐射光 谱的其他各种波长的能量与之比较, 作归一化处理以后,使辐射功率仅在 规定的范围内变化。
取决于在发出的光线中,不同波长上的相对能量
比例。
S(λ)
160
白炽灯光
相 对 能 量
140
日光
80
荧光灯光
40
红宝石激光
400
500
等能白光
600
700
波长(nm)
S(λ) = C(常数)
4.色光加色法
光的三原色 光加色混合 色光加色法的类型 色光混合规律
色光混合——色光三原色(三原色的确定)
说是在没有光照的条件下,这些物体是不能被人们看见的,更不可能知道 它们各是什么颜色。 人们之所以能看见色彩,是因为来自发光光源,如太阳、电灯光、烛光、 火光等;或是发光光源的反射光,即发光光源照射在非发光物体上所反射 的光,如月亮、建筑墙面、地面等,再散射到被观察物体上所致。由此可 见,光和色是分不开的,光是色的先决条件,反映到人们视觉中的色彩其实 是一种光色感觉。
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