光学与色彩学基础
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色温
8500~8000K 7500~6500K 5500K 5000~4000K 4600~4000K 4000K 3750~3450k 3000K 3000K~2500K 2700K 2250~1950K 2000K
光色
北方晴空 阴天 夏日正午太阳 冷色荧光灯 复金属灯 下午阳光 水银灯 卤素灯 暖色荧光灯 钨丝灯 高压钠灯 蜡烛
• 黑体辐射：又称为浦朗克
辐射(plankian radiator)。黑 体辐射的光谱能量分布会随 温度而变化；随着温度的提 高，峰值波长颜色一红、澄、蒲朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858-1947) 为1918年诺贝尔物理奬得主 黄、绿、蓝而变化。
色温
• 系指光源光色的程度，其是将一标准黑体(如铁) 加热，温度逐渐升高光色亦随之改变；由红→橙 红→黄→黄白→白→蓝白的过程。 • 黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温 度，定义为该光源的色温度，简称色温，以绝 对温度K（Kelvin，或称开氏温度）为单位。 • 黑体加热至红色时温度约527度即800K。 色温 越高，光色愈倾向青白色，带给环境清凉的气 氛。色温愈低，光色愈倾向红黄色，带给环境 红黄的气氛。
光与色彩
一般人眼中的草莓 红绿色盲者眼中的草莓
光源色与物体色
光源色: 加法混色 物体色: 减法混色
光与色彩
• 色光三原色 RGB
– 红Red – 绿Green – 蓝Blue
• 加色法
– 越加越亮﹙白﹚
光与色彩
• 色料三原色 ( 印刷工業色 CMYK )
– 天青 Cyan – 洋紅 Magenta – 黃 Yellow – 黑 Black
来表示某一场所的明亮值。 辉度 色度 (x, y) Luminance Chromaticity
Nit, 表示物体或光源等的光辉程度。也 Cd/m2 就是说单位正射影面积内的光度。
描述人眼色彩视觉感应强度的一种 度量值 。
光通量(单位: 流明)
• 1 流明: 1烛光的光源在一立体弧度角内所发 出的光通量。 • 1 烛光: 每小时燃去 7.776g 标准烛所发出之 光 (英国标准烛系鲸油制成,直径为 7/8 吋)。 烛光为光度 I 之单位。 • F = 4πI • 1烛光 =4π流明 =12.56流明 空间中某一点所张开之立体角 =4π立体弧度 (球表面积 A =4πr ^2)
• 演色性是物体在光源下的感受与在太阳 光下的感受的真实度百分比。 • 演色性高的光源对颜色的表现较逼真， 眼睛所呈现的物体愈接近自然原味 。 • 测量标准是以自然光Ra-100为100%真实 色彩。 • 人工光源 - 在选择适用的色温时，与通色 的自然光比较色彩真实感为90%就以Ra90来表示。
演色指数与演色性评价
指数 (Ra) 90~100 80~89 60~79 40~59 20~39 等 级 1A 优良 1B 2 3 4 普通 演色性的要求较低，为色差不可过大。 较差 演色性不重要，明显色差亦可接受。 需要色彩正确判断即讨好表观之场所。 需要中等演色性之场所。 演色性 评价 一般应用 需要色彩精确比对与检核之场所。
• CIE (x, y)并不是一个 uniform color space. •1942 MacAdam •以25个色度点为中心 来测试 •椭圆代表此点色彩之 宽容量(人眼感觉不出 色彩变化的范围). •椭圆大小表示人眼色 彩分辨之极限.
CIE 1976 Chromaticity Diagram
光谱分布图
明度
色相
彩度
色相 (Hue)
• 又称为色调, 藉以区别色彩的名称或色彩的种类, 与色彩的明暗无关.
色相环之一例
彩度(Saturation) 与明度(Lightness)
• 彩度:指色彩的强度, 亦可说是色彩的饱和度, 用以区分色彩的纯度. 亦可 指颜色偏离灰色, 接近纯光谱色的程度. • 明度:指色彩的明暗程度, 其高低要看其接近白色或黑色的程度而定.
CIE XYZ表色系统
• (R,G,B)表色系统中某 些值为负值, 造成计算 的不便. • 1931 年标准. • (X,Y,Z) 均为正值.
X Y Z 2.7689 1.7517 1.1302 R = 1.0000 4.5907 0.0601 G 0.0000 0.0565 5.5943 B
杆状细胞 锥状细胞
rods
cones
bipolar ganglion
horizontal amacrine
light
3 种型态的 Cones
• ρ-cones, most sensitive to red light (564 nm) • γ-cones, most sensitive to green light (534 nm) • β-cones, most sensitive to blue light (420 nm)
光用语之示意图
色彩产生三要素
• 光源(Light) • 物体(Object) • 观察者(Vision)
人类的视觉
人类眼球的构造
水晶体 瞳孔 瞳孔 玻璃体 视网膜 视网膜中央窝 视觉神经
角膜 眼水房水 睫状肌 巩膜
人类眼球的构造
视神经细胞
•视网膜上有两种视神经 细胞. •Rods: 杆状细胞 •无法分辨色彩 •暗视觉, 10-3cd/m2 •位于视网膜边缘 •Cones: 锥状细胞 •能分辨色彩 •明视觉, 数个 cd/m2 •集中位于中央窝
照度 v.s.色温
18 白热电灯 21 卤素灯 60 水银灯 75 金属卤化物灯 83日光灯 108高压钠光灯
60
80
100
120
黑体辐射(Blackbody Radiator)
• 黑体：亦称为完全辐射体，它既不反射也不
透射，能在任何温度下将辐射到它表面的任 何波长的能量全部吸收。此为遵从普朗克辐 射定律之假想物体。
CIE RGB表色系统
CIE: Commission Internationale de l’Eclairage 国际照明委员会 三原色:
R:λ=700.0 nm G:λ=546.1 nm 1.0000 lm 4.5907 lm
RGB Color Matching Functions
B:λ=435.8 nm 0.0601 lm -------------------------------------标准白光 5.6508 lm
CCFL光谱分布图
• 光源的光谱图是纪录光源在不同波长，发光 能量的图形。
中心 peak 值: R: 约 611 nm G: 约 544 nm B: 约 450 nm
• 如各色粉的型号固定时, 我们并不能改变其幅宽及中心值, 能
改的只是其发光能量大小 (放不同重量的R, G, B).
CCFL光谱分布图(200-800nm)
The spectrum of lamp without UV-Cut
313 nm, 363 nm
CF + CCFL
100 80
Transmitance
60
40
Red Green Blue CCFL
20
0 380
430
480
530
580 Wavelength
630
680
730
780
演色性(Color Rendering Index)
光的度量用语
中文名 称
光通量 (光束) 光度 照度
英文名称
Luminous Flux Luminous Intensity Lux
单位
流明 Lm 烛光 Cd
说明
光源在单位时间内所发出的光之能 量，简单说就是发光量。 光的强度，在某一特定方向角内所 放射光的量。 单位面积内所射入光的量，也就是
Lm/m 光束除以面积(m2)所得到的值，用 2
光学与色彩学基础
QQ:89733611
光频谱分布
IR
1150nm 1050nm 950nm 850nm 750nm
VIS
650nm 550nm 450nm
UV
350nm
DUV
250nm 150nm
光频谱分布
光色 波长λ（nm) 代表波长
红（Red） 橙（Orange） 黄（Yellow） 绿（Green） 青（Cyan） 蓝（Blue） 紫（Violet）
1.8
1.4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三刺激值
1 0.6
0.2
400
500 600 Wavelength (nm)
700
CIE色度图 (chromaticity diagram)
X =x X+Y+Z Y =y X+Y+Z Z =z X+Y+Z x+y+z = 1
X Y Z
CIE色度图与色彩命名
Color Difference
光度(单位: 烛光)
• 光的强度，光源在某一 方向单位立体角内所放 射出来的光通量。
照度
被照体单位面积内所受的光通量。 单位:Lux = lm / m2或 Phot = lm / cm2 米烛光: 距离一烛光的光源一公尺, 其面上之照度与 Lux大小相等. Inverse Square Law: 平方反比定律 (1)E=dF/dA=4πI/ 4πr2=I/r2 照度 = 光度 / (距离)2 (2)E1r12= E2r22
NTSC Ratio判定色彩饱和度之标准
Device Color Gamut
发光效率（lm/W）
• 每一消耗电力（Watt）所输出光的 能量（lm）。 • 每一消耗电力输出的光源愈多，就 表示光源效率愈高，亦即愈省电。 • 发光效率依功率大小、种类、使用 状况而异。
发光效率比较
20 40
辉度
• 光源体在某一方向上,每单位投影面积 (S’), 所发 出的光度. • 从某一方向所看到物体反射光线的强度。也就是 说单位面积对某一方向反射的光之强度。
M = F / S = 4πI / S = πI / S’ = πL 亮度(lm/m2)=π x 辉度(cd/m2) * 球体之表面积为 4πr2, 但其投影面积为 πr2.
• 減色法
– 越加越暗﹙黑﹚
色彩三属性
• 色相 Hue
– 色彩的相貌，不同的相貌各有其名称
• 明度 Value 、Brightness
– 即色彩的明暗程度，光线反射率多时明度较高
• 彩度 Chroma、Saturation
– 色彩的饱和程度或纯粹度
色彩三要素
•色相 (Hue) •彩度 (Saturation) •明度 (Lightness)
相同的色温会对应到好几组不同的 x, y值. 因此以 x, y 来定义一个颜色会较用色温定义会来的好.
黑体辐射轨迹线
黑体温度与发出光色变化
黑色温度(K) 室温 800 3000 4000 5000 8000 60000 发出光色 黑 红 黄白 白 冷白 蓝白 深蓝 感觉 温暖
中间 清冷
不同光色的色温表
780～630 630～600 600～570 570～500 500～470 470～420 420～380
700 620 580 550 500 470 420
不同波长的 UV 光
波长 UV-A UV-B UV-C 对皮肤的影响
生成黑色素和褐斑, 使皮 400 – 320 nm 肤老化, 干燥且皱纹增加. 产生红斑和色素沉淀, 经 320 – 280 nm 常照射会有致癌的危机. 穿透力强, 可影响细胞, 280 – 200 nm 但大部分会被臭氧层或 云雾吸收.
光与色彩
光的物理性质： • 波长：
– 产生色相的区别 – 波长短的偏蓝，波长长的偏红
• 振幅：
– 产生明暗的区别 – 振幅大的偏亮，振幅小的偏暗
影响色彩的因素
• • • • • 光源 –阳光, 人工光源 观察者 –人与人间之差异, 年纪, 人种 大小 –size, 区域 背景 –明亮度, 色彩 观看方向 –view angle, illuminating angle
明 度
彩度
色彩三属性 --明度
• 在无彩度中，明度最高是白色，最低是黑 色，其间为各种深浅的灰色
高明度
低明度
色彩三属性 --彩度
• 纯色彩度最高，混色（不论白、灰、黑或 有彩色）越多越降低其彩度
低彩度
高彩度
HSV
Saturation Value
Hue
CIE Color Standard
为什么需要Color Standard? 相同的颜色会随着人或显示器的不同而不同. 要有一个共通的标准来当做互相沟通的接口及基准.
8500~8000K 7500~6500K 5500K 5000~4000K 4600~4000K 4000K 3750~3450k 3000K 3000K~2500K 2700K 2250~1950K 2000K
光色
北方晴空 阴天 夏日正午太阳 冷色荧光灯 复金属灯 下午阳光 水银灯 卤素灯 暖色荧光灯 钨丝灯 高压钠灯 蜡烛
• 黑体辐射：又称为浦朗克
辐射(plankian radiator)。黑 体辐射的光谱能量分布会随 温度而变化；随着温度的提 高，峰值波长颜色一红、澄、蒲朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858-1947) 为1918年诺贝尔物理奬得主 黄、绿、蓝而变化。
色温
• 系指光源光色的程度，其是将一标准黑体(如铁) 加热，温度逐渐升高光色亦随之改变；由红→橙 红→黄→黄白→白→蓝白的过程。 • 黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温 度，定义为该光源的色温度，简称色温，以绝 对温度K（Kelvin，或称开氏温度）为单位。 • 黑体加热至红色时温度约527度即800K。 色温 越高，光色愈倾向青白色，带给环境清凉的气 氛。色温愈低，光色愈倾向红黄色，带给环境 红黄的气氛。
光与色彩
一般人眼中的草莓 红绿色盲者眼中的草莓
光源色与物体色
光源色: 加法混色 物体色: 减法混色
光与色彩
• 色光三原色 RGB
– 红Red – 绿Green – 蓝Blue
• 加色法
– 越加越亮﹙白﹚
光与色彩
• 色料三原色 ( 印刷工業色 CMYK )
– 天青 Cyan – 洋紅 Magenta – 黃 Yellow – 黑 Black
来表示某一场所的明亮值。 辉度 色度 (x, y) Luminance Chromaticity
Nit, 表示物体或光源等的光辉程度。也 Cd/m2 就是说单位正射影面积内的光度。
描述人眼色彩视觉感应强度的一种 度量值 。
光通量(单位: 流明)
• 1 流明: 1烛光的光源在一立体弧度角内所发 出的光通量。 • 1 烛光: 每小时燃去 7.776g 标准烛所发出之 光 (英国标准烛系鲸油制成,直径为 7/8 吋)。 烛光为光度 I 之单位。 • F = 4πI • 1烛光 =4π流明 =12.56流明 空间中某一点所张开之立体角 =4π立体弧度 (球表面积 A =4πr ^2)
• 演色性是物体在光源下的感受与在太阳 光下的感受的真实度百分比。 • 演色性高的光源对颜色的表现较逼真， 眼睛所呈现的物体愈接近自然原味 。 • 测量标准是以自然光Ra-100为100%真实 色彩。 • 人工光源 - 在选择适用的色温时，与通色 的自然光比较色彩真实感为90%就以Ra90来表示。
演色指数与演色性评价
指数 (Ra) 90~100 80~89 60~79 40~59 20~39 等 级 1A 优良 1B 2 3 4 普通 演色性的要求较低，为色差不可过大。 较差 演色性不重要，明显色差亦可接受。 需要色彩正确判断即讨好表观之场所。 需要中等演色性之场所。 演色性 评价 一般应用 需要色彩精确比对与检核之场所。
• CIE (x, y)并不是一个 uniform color space. •1942 MacAdam •以25个色度点为中心 来测试 •椭圆代表此点色彩之 宽容量(人眼感觉不出 色彩变化的范围). •椭圆大小表示人眼色 彩分辨之极限.
CIE 1976 Chromaticity Diagram
光谱分布图
明度
色相
彩度
色相 (Hue)
• 又称为色调, 藉以区别色彩的名称或色彩的种类, 与色彩的明暗无关.
色相环之一例
彩度(Saturation) 与明度(Lightness)
• 彩度:指色彩的强度, 亦可说是色彩的饱和度, 用以区分色彩的纯度. 亦可 指颜色偏离灰色, 接近纯光谱色的程度. • 明度:指色彩的明暗程度, 其高低要看其接近白色或黑色的程度而定.
CIE XYZ表色系统
• (R,G,B)表色系统中某 些值为负值, 造成计算 的不便. • 1931 年标准. • (X,Y,Z) 均为正值.
X Y Z 2.7689 1.7517 1.1302 R = 1.0000 4.5907 0.0601 G 0.0000 0.0565 5.5943 B
杆状细胞 锥状细胞
rods
cones
bipolar ganglion
horizontal amacrine
light
3 种型态的 Cones
• ρ-cones, most sensitive to red light (564 nm) • γ-cones, most sensitive to green light (534 nm) • β-cones, most sensitive to blue light (420 nm)
光用语之示意图
色彩产生三要素
• 光源(Light) • 物体(Object) • 观察者(Vision)
人类的视觉
人类眼球的构造
水晶体 瞳孔 瞳孔 玻璃体 视网膜 视网膜中央窝 视觉神经
角膜 眼水房水 睫状肌 巩膜
人类眼球的构造
视神经细胞
•视网膜上有两种视神经 细胞. •Rods: 杆状细胞 •无法分辨色彩 •暗视觉, 10-3cd/m2 •位于视网膜边缘 •Cones: 锥状细胞 •能分辨色彩 •明视觉, 数个 cd/m2 •集中位于中央窝
照度 v.s.色温
18 白热电灯 21 卤素灯 60 水银灯 75 金属卤化物灯 83日光灯 108高压钠光灯
60
80
100
120
黑体辐射(Blackbody Radiator)
• 黑体：亦称为完全辐射体，它既不反射也不
透射，能在任何温度下将辐射到它表面的任 何波长的能量全部吸收。此为遵从普朗克辐 射定律之假想物体。
CIE RGB表色系统
CIE: Commission Internationale de l’Eclairage 国际照明委员会 三原色:
R:λ=700.0 nm G:λ=546.1 nm 1.0000 lm 4.5907 lm
RGB Color Matching Functions
B:λ=435.8 nm 0.0601 lm -------------------------------------标准白光 5.6508 lm
CCFL光谱分布图
• 光源的光谱图是纪录光源在不同波长，发光 能量的图形。
中心 peak 值: R: 约 611 nm G: 约 544 nm B: 约 450 nm
• 如各色粉的型号固定时, 我们并不能改变其幅宽及中心值, 能
改的只是其发光能量大小 (放不同重量的R, G, B).
CCFL光谱分布图(200-800nm)
The spectrum of lamp without UV-Cut
313 nm, 363 nm
CF + CCFL
100 80
Transmitance
60
40
Red Green Blue CCFL
20
0 380
430
480
530
580 Wavelength
630
680
730
780
演色性(Color Rendering Index)
光的度量用语
中文名 称
光通量 (光束) 光度 照度
英文名称
Luminous Flux Luminous Intensity Lux
单位
流明 Lm 烛光 Cd
说明
光源在单位时间内所发出的光之能 量，简单说就是发光量。 光的强度，在某一特定方向角内所 放射光的量。 单位面积内所射入光的量，也就是
Lm/m 光束除以面积(m2)所得到的值，用 2
光学与色彩学基础
QQ:89733611
光频谱分布
IR
1150nm 1050nm 950nm 850nm 750nm
VIS
650nm 550nm 450nm
UV
350nm
DUV
250nm 150nm
光频谱分布
光色 波长λ（nm) 代表波长
红（Red） 橙（Orange） 黄（Yellow） 绿（Green） 青（Cyan） 蓝（Blue） 紫（Violet）
1.8
1.4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三刺激值
1 0.6
0.2
400
500 600 Wavelength (nm)
700
CIE色度图 (chromaticity diagram)
X =x X+Y+Z Y =y X+Y+Z Z =z X+Y+Z x+y+z = 1
X Y Z
CIE色度图与色彩命名
Color Difference
光度(单位: 烛光)
• 光的强度，光源在某一 方向单位立体角内所放 射出来的光通量。
照度
被照体单位面积内所受的光通量。 单位:Lux = lm / m2或 Phot = lm / cm2 米烛光: 距离一烛光的光源一公尺, 其面上之照度与 Lux大小相等. Inverse Square Law: 平方反比定律 (1)E=dF/dA=4πI/ 4πr2=I/r2 照度 = 光度 / (距离)2 (2)E1r12= E2r22
NTSC Ratio判定色彩饱和度之标准
Device Color Gamut
发光效率（lm/W）
• 每一消耗电力（Watt）所输出光的 能量（lm）。 • 每一消耗电力输出的光源愈多，就 表示光源效率愈高，亦即愈省电。 • 发光效率依功率大小、种类、使用 状况而异。
发光效率比较
20 40
辉度
• 光源体在某一方向上,每单位投影面积 (S’), 所发 出的光度. • 从某一方向所看到物体反射光线的强度。也就是 说单位面积对某一方向反射的光之强度。
M = F / S = 4πI / S = πI / S’ = πL 亮度(lm/m2)=π x 辉度(cd/m2) * 球体之表面积为 4πr2, 但其投影面积为 πr2.
• 減色法
– 越加越暗﹙黑﹚
色彩三属性
• 色相 Hue
– 色彩的相貌，不同的相貌各有其名称
• 明度 Value 、Brightness
– 即色彩的明暗程度，光线反射率多时明度较高
• 彩度 Chroma、Saturation
– 色彩的饱和程度或纯粹度
色彩三要素
•色相 (Hue) •彩度 (Saturation) •明度 (Lightness)
相同的色温会对应到好几组不同的 x, y值. 因此以 x, y 来定义一个颜色会较用色温定义会来的好.
黑体辐射轨迹线
黑体温度与发出光色变化
黑色温度(K) 室温 800 3000 4000 5000 8000 60000 发出光色 黑 红 黄白 白 冷白 蓝白 深蓝 感觉 温暖
中间 清冷
不同光色的色温表
780～630 630～600 600～570 570～500 500～470 470～420 420～380
700 620 580 550 500 470 420
不同波长的 UV 光
波长 UV-A UV-B UV-C 对皮肤的影响
生成黑色素和褐斑, 使皮 400 – 320 nm 肤老化, 干燥且皱纹增加. 产生红斑和色素沉淀, 经 320 – 280 nm 常照射会有致癌的危机. 穿透力强, 可影响细胞, 280 – 200 nm 但大部分会被臭氧层或 云雾吸收.
光与色彩
光的物理性质： • 波长：
– 产生色相的区别 – 波长短的偏蓝，波长长的偏红
• 振幅：
– 产生明暗的区别 – 振幅大的偏亮，振幅小的偏暗
影响色彩的因素
• • • • • 光源 –阳光, 人工光源 观察者 –人与人间之差异, 年纪, 人种 大小 –size, 区域 背景 –明亮度, 色彩 观看方向 –view angle, illuminating angle
明 度
彩度
色彩三属性 --明度
• 在无彩度中，明度最高是白色，最低是黑 色，其间为各种深浅的灰色
高明度
低明度
色彩三属性 --彩度
• 纯色彩度最高，混色（不论白、灰、黑或 有彩色）越多越降低其彩度
低彩度
高彩度
HSV
Saturation Value
Hue
CIE Color Standard
为什么需要Color Standard? 相同的颜色会随着人或显示器的不同而不同. 要有一个共通的标准来当做互相沟通的接口及基准.