色彩原理与应用-第三章-颜色混合原理与视觉理论

四色（赫林）学说的视网膜视素 感光化学视素 白－黒 红－绿 黄－蓝 视网膜过程 破坏 建立 破坏 建立 破坏 建立 颜色感觉 白 黒 红 绿 黄 蓝
三对视素的代谢作用图
破坏
建立
a曲线是白－黑视素的代谢作用 b曲线是黄－蓝视素的代谢作用 c曲线是红－绿视素的代谢作用
对立学说可以解释的现象： ◇对立学说能很好地解释对立色。 ◇对立学说能很好地解释色盲。 ◇对立学说能很好地解释负后像现象现象。 ◇对立学说能很好地解释补色现象。 ◇对立学说能很好地解释光谱上存在众多的高纯度 的单波长色光的现象。 对立学说的不足： ◇对于红、绿、蓝三原色能够产生所有光谱色彩的 现象并无法得到满意的解释。
B= M+C G= Y+C M+Y+C = K M+Y+C = K M+Y+C = K B+Y=K G+M=K
等式左右两边相加得：R+C=K
颜色相减
白光
实际使用的三原色油墨的光谱反射和吸收示意图
三、加色法与减色法的关系
◇加色法与减色法都是针对色光而言；加色法指的是色光相加
，减色法指的是色光被减弱。加色法与减色法又是迥然不同的两
3、阶段学说
阶段学说最早是由G.E.Muller（1930）及Judd （1949）所提出，他们认为长久以来一直在色彩视觉 理论（处于对立的状态的三色理论与对立理论，是可 以加以统一与相互配合的，并且对于人眼色彩视觉的 现象做了更为完整的解释与说明。
阶段学说理论： 视网膜上的锥体细胞是一个三色系统，而在视觉信息 向大脑皮层视觉中枢的传导通路中则变成了四色机制。颜 色视觉过程的这种设想称为阶段学说。 颜色视觉的形成过程可分为几个阶段。 第一阶段，当光线进入人眼视网膜时，三种独立的锥 体细胞中的感色物质会选择性在吸收不同波长光谱的辐射， 同时每一种锥体细胞根据光刺激量又可独自产生明度（黑 或白）与色彩（红、绿、蓝）的反应。在这一阶段中可应 用三原色理论及色光混合实验来解释视觉色彩的现象。 第二阶段中，在神经兴奋由锥体细胞向视神经细胞传 递的过程中，这三种反应重新组合，形成三对对立性的神 经反应，即红-绿、黄-蓝、黑-白反应。
3．颜色外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否一样， 在颜色混合中的效果相同。也就是说,凡是在视觉上感觉 相同的颜色都是等效的。由这一定律导出颜色的代替律： 代替律：两个相同的颜色各自与另外两个相同的颜色 相混合后颜色仍相同。用公式表示为 A≡B ，C≡D 则 A+C≡B+D，式中符号“≡”表示颜色外貌相同（匹配） 代替律表明，只要在感觉上颜色是相似的，便可以互 相代替，所得的视觉效果是同样的。 根据代替律，可以利用颜色混合方法来产生或代替各 种所需要的颜色。颜色混合的代替律是非常重要的定律， 现代色度学就是建立在这一定律基础上的。
中间色律:两个成分组成的混合色位于两色的连线上 ，如果一个成分连续变化，则混合色也发生连续变化； 两个颜色混合，其色调取决于两颜色的相对数量，其彩 度取决于两颜色的色调差异，差异大则彩度低，反之则 高。
补色律：如果两个颜色以适当的比例混合产生非彩色 ，则这两个颜色为互补色，而且两个互补色相互混合， 混合色的色调偏向于比例大的颜色
的混合称之为色料混合。
一、色光加色法
1、色光三原色 如果选择红、绿、蓝三种色光以不同比例进行混合， 几乎可以得到自然界中所有的色彩，我们可以称该红、 绿、蓝三种颜色为色光三原色。 2、选择红、绿、蓝三种颜色为色光三原色的原因： ◇色光是能够“分解”或“合成”的。 ◇视锥细胞包含感红、感绿和感蓝的三种视素。因 此选择“适当”的红、绿和蓝色光便可以匹配(模拟)出 自然界的各种颜色。
信息接收
信息加工
颜色感觉 红-绿 白-黑
红
绿 蓝
黄-蓝
阶段学说示意图
视细胞层
双极细胞层
神经节细胞层
谢
谢
种成色方法。 ◇加色法是色光混合成色的方法。色光混合后，不仅颜色与参 加混合的各色光不同，同时亮度也增加了； ◇减色法是色料混合成色的方法。色料混合后，不仅形成新的 颜色，同时亮度也降低了。 ◇加色法是指两种以上的色光同时刺激人的视神经而引起的色
效应；而减色法则是指从白光或其它复色光中减去某些色光而得
4.混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色光的 亮度之和，称为亮度相加定律。 亮度相加律：由几个颜色光组成的混合色的亮度， 是各种颜色光亮度的总和 注意：这一条仅适用于各种颜色光的相加混合过程。
五、颜色视觉理论
颜色视觉理论发展历程中较有代表性的有两大类，
是从两种比较古老的理论发展而来的：杨—赫姆霍尔
兹的三色学说和赫林的“对立”颜色学说。两种学说 都能解释大量事实，但是都有不足之处： 杨—赫姆霍尔兹的三色学说：从颜色混合的物理 学规律出发。 赫林的四色“对立”颜色学说：从视觉现象出发 上世纪六十年代发展为现代的阶段学说
1、三色学说
三色学说的原理： 托马斯•扬认为人的视网膜上只有三种视觉神经纤 维，分别是感神经纤维、感绿神经纤维、感蓝神经纤 维三种基本视觉纤维。当光刺激人的视觉器官时，感 红、感绿、感蓝纤维对不同波长光的感受是不相同的， 长波光对感红神经纤维的刺激最强烈，中间波长的光 对感绿神经纤维的作用显著，短波长的光最能引起感 蓝神经纤维的强烈兴奋。 赫姆霍尔兹对扬的学说进行了补充。他认为，视网 膜上存在三类不同的细胞，它们在光的刺激下产生兴 奋，并分别将这种兴奋值转换成各自视神经所固有的 特殊能量传送到大脑，在大脑中分别形成红感觉、绿 感觉、和蓝色感觉后，最终融合成综合的完整的色觉
到另一种色光刺激的色效应。 ◇从互补关系来看：有三对基本互补色：R与C；G与M；B与Y。 必须明确，在色光加色法中，互补色相加，得到白色；在色料减 色法中，互补色混合得到黑色。
加色法与减色法的对比关系
项目
三原色 成色 基本 规律 实 质 效 果 成色方式
色光加色法
R、G、B R+G = Y R+B = M G+B = C R+G+B = W 色光相加，光能量增大 明度增大 视觉器官外空间混合 静态混合 视觉器官内动态混合 补色光相加，愈加愈亮 彩色电视、显示器、测色 计
色彩原理与应用
马桃林
mtl1968@
武汉大学印刷与包装系
第三章 颜色混合规律和视 觉理论
加色法混色——由色光辐射能量的各光谱组成混合
得到的结果。把不同颜色的光的混合称之为色光混合。 减色法混色：——混合色为一种或几种染料（颜料） 分别吸收掉相应光谱成分后，改变了原来光谱分布所引 起的颜色感觉 。把颜料、染料、油漆、油墨、涂料等
3、色料减色法表达 如果三原色两者之间或三者之间等量混合，则有：
M+Y=R 白光—绿光—蓝光 = 红光
M+C=B
Y +C=G M+Y+C=K
白光—绿光—红光 = 蓝光
白光—蓝光—红光 = 绿光 白光—绿光—蓝光—红光= 黑
两种原色等量混合，最后呈色效果是两次减色的结果。 三原色等到量混合得到黑色。 因为 R=M+Y
3、色光加色法特点： ◇色光的相加(混合)，所获得的第三种色光其亮度 增加。故称色光混合为加色法混合。 ◇三原色光中的任何一种色光都不能由其它两种原 色光混合得到。
4、色光加色表达： 红光+绿光=黄光（R+G=Y） 红光+蓝光=品红光（R+B=M） 绿光+蓝光=青光（G+B=C） 红光+绿光+蓝光=白光（R+G+B=W）
视网膜
感红神经 红感觉
大脑
感红细胞
感绿神经 感绿细胞 感蓝神经 感蓝细胞 蓝感觉 绿感觉
综合色觉
赫姆霍尔兹平行构造色觉三色模型
感红神经纤维
感绿神经纤维
感蓝神经纤维
红
橙 黄
绿
蓝
紫
图2-13 赫姆霍尔兹光谱基本感觉曲线
三色学说理论能很好地说明各种颜色混合现象，是现代 色度学的基础，颜色的定量描述与测量、现代的彩色印刷、 彩色摄影以及彩色电视技术都是建立在三色学说基础上的。 三色学说对有些颜色现象，如负后像和色盲不能很好解 释，无法用三色学说的缺少一至三种感色细胞的说法解释红 －绿色盲和黄－蓝色盲。而全色盲仍然具备明亮感觉。 三色学说可以解释的现象： ◇三色学说能够充分地解释颜色混合的现象。 ◇三色学说能很好地解释的负后像现象。 ◇三色学说也可以解释颜色对比效应。 三色学说的不足： ◇不能满意地解释色盲现象。 ◇三色学说还不能解释颜色为什么会存在补色。
颜色相加混合
颜色相加混合及原色范围
加色
5、色光的加色混合有三种形式 （1）不同色光在眼睛以外的空间混合，混合光 进入人眼
（2）不同颜色的光以很
快的频率顺序进入人眼，在
眼睛内部进行混合光点，看到的是小光点混合后的效果，相对于在视 网膜上的颜色混合
二、色料减色法
1、色料三原色 如果选择黄色、品红色和青色这三种色料两者混合 或三者混合可以得到几乎所有的颜色，所以把黄（Y）、 品红（M）、青（C）这三种颜色叫做色料三原色。 2、色料减色法特点：
从复合光中减去一种或几种单色光而得到另一种色光的效果， 称为色料减色法。 ◇两个颜色互为补色的色料混合时，适当调整比例可以得到黑 色料。 ◇色料的混合过程同时也是一个混合色料亮度降低的过程。 ◇三原色料中的任何一种色料都不能由其它两种三原色料混合 得到。
2、四色学说（对立学说）
四色学说理论： 赫林提出了“对立色理论”学说。假设在视觉机构中的 感光细胞存在有上述三种对立视素，即红—绿视素、黄— 蓝视素、黑—白视素。 这三对视素的代谢作用包括建设 （同化）和破坏（异化）两种对立的过程。白光刺激时， 黑—白视素被破坏，引起神经冲动产生白色的感觉，而无 光刺激时，黑—白视素便重新建设起来，所以引起的神经 冲动产生黑色的感觉。对于红—绿视素，红光起破坏作用， 绿光起建设作用。对于黄—蓝视素，黄光起破坏作用，蓝 光起建设作用。因为各种颜色都有一定的亮度，也就是说 都含有白光的成分，所以每一种颜色不仅影响本身的视素 活动，而且也影响黑白视素的活动。