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红 橙黄 绿 青 蓝 紫
2.颜色视觉理论



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
2.颜色视觉理论 现代神经生理 学发现,在人眼 的视网膜中存在 三种不同颜色的 感受器。他们是 三种感色的锥体 细胞,每种细胞 具有不同的光谱 吸收特性。
相 对 感 光 效 应 ( ) 波长(nm)
%



颜色视觉基本理论
所以它们的功率之比为 : R: G: B= ΦR/VR:ΦG/VG:ΦB/VB
= 72.0962:1.3791:1



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
3、颜色方程 上式的意义为,取功率为1瓦的蓝基色光为基准,于是 要配出白光,就需要1.3791瓦的绿光和 72.0962瓦 的红光,而白光的功率则为 :
1、1931 CIE-RGB 系统 特点:
物理意义明确。光谱三刺激值的负值 出现表明用有限的色光光源不能表现 全部的色彩。
但色度图上很大一部分颜色的色 度坐标为负值,不宜直观理解
1+1.3791+72.0962=74.8872W
在色度学中,上述由三原色光匹配白色光的过程可以表 述成如下的颜色方程 [W] = 1[R] + 1[G] + 1[b]



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
3、颜色方程 而对于一般颜色 C 的匹配,可以写成如下颜色方程: [C ]= R[R] + G[G] + B[B] 上式中的R,G,B分别是三原色的数量,称作三刺激值。 匹配成的颜色光通量或光功率为: Φc=(R+4.5907G+0.0601B)光瓦 =680(R+4.5907G+0.0601B)流明 =(72.0962R+1.3791G+B)瓦

二、颜色的特性与描述
1、非彩色和彩色
非彩色
彩色



颜色视觉基本理论

二、颜色的特性与描述
2、彩色的特性 色调
饱和度
明 度



颜色视觉基本理论

二、颜色的特性与描述
3、颜色立体
明 度
饱和度 饱和度
饱和度
色调 色调
明 度



颜色视觉基本理论

二、颜色的特性与描述
4、颜色混合定律 格拉斯曼定律



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
3、颜色方程 色度坐标
在色度学中,对于某以颜色,引入色度坐标的概念,它所反映的是 这一颜色中三原色的相对比例,设某一颜色[C]可以表示成如下形式: [C ]= R[R] + G[G] + B[B] 令m=R+G+C,且:r=R/m,g=G/m,b=B/m,则颜色 [C’ ]= r[R] + g[G] + b[B] 和[C ]所表示的颜色是一致的。r,g,b称作色度坐标。r、g、 b中只有两个是独立变量: b=1-r-g。
R k S ( ) r ( ) d G k S ( ) g ( ) d B k S ( )b ( )d



CIE标准色度学系统

一、CIE 1931 标准色度学系统
CIE —— Commission International del'Eclairage
正常视力的人在中等照度与中等对比 度情况下观察静止图象时分辨力约为1′左 右。即约为0.00029弧度。




颜色视觉基本理论

一、颜色视觉现象
颜色和它的补色
一种颜色光和 另外一种颜色 光混合时如果 可以形成白色 或灰色,这样 的一对颜色称 之为互补色
6.颜色对比和颜色适应



颜色视觉基本理论
色 度 学
参考教材 荆其诚 《色度学》 汤顺清 《色度学》



本课程主要内容
颜色视觉基本理论 CIE标准色度学系统 颜色的测量 色度学的应用




颜色视觉基本理论
一、颜色视觉现象
1. 视见函数
人眼的视觉特性和大脑视觉 区域的生理功能决定了客观光波 刺激人眼而引起的主观效果。不 同波长的光引起人眼的感受程度 是不同的,功率相同但波长不同 的单色光,人眼感受的明亮程度 不同,眼睛的灵敏度与波长的这 种依赖关系,称为视见函数V() 或称光谱光视效率。
混合色[C]的颜色匹配方程应该是:
[C]=( R1+R2) [R] + (G1+G2)[G] + (B1+B2)[B]



颜色视觉基本理论

四、颜色相加原理
因而,混合色的色度坐标为:
r g
R1 R2 R R G B R1 R2 G1 G2 B1 B2 G1 G2 G R G B R1 R2 G1 G2 B1 B2



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
5、色度图
在直角坐标系中,以 r 为横坐
标,g 为纵坐标表示的颜色的图 像称作色度图。自然界中任一颜
色对应色度图上一个坐标。色度
坐标的b值可以如下算出: b=1-r-g



颜色视觉基本理论

四、颜色相加原理
问题:现有两个颜色[C1]和[C2],它们的三原色匹配方程分别是: [C1 ]= R1[R] + G1[G] + B1[B] [C2 ]= R2[R] + G2[G] + B2[B] 求[C1]和[C2]混合以后颜色[C]的色度坐标。 根据格拉斯曼颜色混合定律,混合色[C]中三原色数量分别为: R = R1+R2 G = G1+G2 B = B1+B2
B1 B2 B b R G B R1 R2 G1 G2 B1 B2



颜色视觉基本理论

四、颜色相加原理
如果我们已知光谱三刺激值:
r ( ) g ( ) b ( )
根据上述原理,我们可以计算出任意已知光谱功率分布的光的颜色 设某光源的功率谱为 S(),其中任一波长的光颜色匹配方程为 :



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
3、颜色方程
因为光通量和辐射通量之间的关系为: Φ()=683 V () ()
对所选定的三原色光,它们的V ()分别为:
V ( 700.0nm)= 0.0041… V ( 546.1nm)= 0.9844… V ( 435.8nm)= 0.0177…
人的颜色视觉只能分辨颜色的三种变化:明度、色调、饱和度 两个颜色混合时,如果一个颜色成分连续地变化,混合色的外貌 也连续地变化。
颜色外貌相同的光,不管它的光谱成分是否一样,在颜色混合中具 有相同的效果。
混合色的总亮度等于组成混合色个颜色的亮度之和



颜色视觉基本理论

二、颜色的特性与描述
R R ( ) S ( ) r ( )
G G ( ) S ( ) g ( ) B B( ) S ( )b ( )
上式也可以写成如下两种形式:
G k S ( ) g ( ) B k S ( )b ( ) R k S ( )r ( )
[C ] S (){r ()[R] g ()[G] b ()[B]}
显然,这一颜色的三原色数量为:
R( ) S ( )r ( ),
G() S () g (),
B() S ()b ()



颜色视觉基本理论

四、颜色相加原理
光源S()的颜色是由所有光谱色混合而成的,所以光源颜色 的三原色数量应该是:



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
3、颜色方程
如果利用三原色光匹配成光谱色光,颜色匹配方程为:
[C ] r ()[ R] g ()[G] b ()[ B]
方程中 r ( )
g ( ) b ( )
被称作光谱三刺激值。
光谱三刺激值是常量,可以通过颜色匹配试验获得。 它们在颜色测量中有着非常重要的意义。



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
1、颜色匹配实验
把两个颜色调整到视觉上相同或相等的方法叫做颜色匹配 实验表明,可以通过红、绿、蓝三色光不同比例的混合而匹配成任 一种颜色,因而,红绿蓝称作三原色
+
+
=



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
1、颜色匹配实验



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
1、颜色匹配实验
1
视 0.8 见 0.6 度 函 0.4 数
0.2
暗视觉
明视觉
0.4
0.5
0.6
0.7 m



颜色视觉基本理论
一、颜色视觉现象 2. 视见函数的定义 把日间视觉的灵敏度峰值处的视见函数定义为1,即 V(555nm)=1
设在引起明亮相同感觉的条件下,某单色光的辐射通量为 ,而 555nm 的光通量为m,视见函数可以表示成如下公式:



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
3、颜色方程 色度坐标
(G)
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5
0.4
0,3 0.2 0.1
(W)
(B)
(R)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
4、利用三原色进行光谱色匹配实验
m V ( )



颜色视觉基本理论
一、颜色视觉现象 3. 常见光源与视见函数



颜色视觉基本理论
一、颜色视觉现象
4. 颜色的辨认
恒 定 颜 色 线



颜色视觉基本理论

一、颜色视觉现象

5.人眼的黑白和彩色分辨能力
人眼分辫景物细节的能力有一极限值, 如与人眼相隔一定距离L的两个点距离为 d.当d小到一定程度,人眼就分辨不出两 个点的存在而感到是一个模糊的点,这时 被观察的两个点与眼睛的张角称为人眼的 分辨力,如以分为单位,则: = 36060 d / 2L
莱特和吉尔德分别利用不同的三原色进行匹配光谱色的试验,并绘 制出了光谱色的色度坐标(r,g),如下三个图分别是莱特试验的结果、 吉尔德试验的结果以及转换成标准三原色的结果:
红 绿 蓝 650nm 530nm 460nm
ห้องสมุดไป่ตู้
红 绿 蓝 630nm 542nm 460nm
红 绿 蓝 700nm 546.1nm 435.8nm
(国际照明委员会)的缩写词。
1、1931 CIE-RGB 系统 三原色: R = 700nm G = 546.1nm B = 435.8nm 光谱三刺激值



CIE标准色度学系统

一、CIE 1931 标准色度学系统
r ( ) g ( ) b ( )
为实验直测数据,便于色 度学颜色的直接计算
4、颜色混合定律 格拉斯曼定律的推论
补色律:每一个颜色都有一个相应的补色。某一颜色与其补色以适当比例混 合便产生白色或灰色。 中间色律:任何两个非互补色混合便产生中间色,其色调决定于两颜色的相 对数量,其饱和度决定于二者在色调顺序上的远近。 代替律:如果颜色A等于颜色B,颜色C等于颜色D,则: 颜色A+颜色C=颜色B+颜色D 亮度相加律:由几个颜色光组成的混合色光的亮度是各颜色光亮度之和
1
视 0.8 见 0.6 度 函 0.4 数
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7 m



颜色视觉基本理论
一、颜色视觉现象
1. 视见函数
人眼在日间和夜间的视见 函数是不同的,如图表示了在光 亮条件下人眼的日间视觉与微光 条件下夜间视觉的视见函数,, 日间视觉的蜂值波峰在555nm 处,令此处V()=1。夜间视觉 曲线向短波方向移动,峰值在 507nm处。



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
1、颜色匹配实验



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
1、颜色匹配实验



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
1、颜色匹配实验



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
1、颜色匹配实验



颜色视觉基本理论

三、颜色匹配
1807年,杨和赫姆霍尔兹根据红、绿、蓝三原色 可以产生各种色调及灰色的颜色混合规律,假设在视网 膜上有三种神经纤维,每种神经纤维的兴奋都引起一种 颜色感觉。光谱的不同部分 红色 引起三种纤维不同比例的兴 纤维 奋。混合色是三种纤维按特 绿色 定比例同时兴奋的结果。这 纤维 个学说称之为杨-赫姆霍尔 蓝色 兹三色学说。 纤维

三、颜色匹配
3、颜色方程
根据格拉斯曼定律和颜色匹配试验,我们可以利用代数法则进行颜 色计算。实验表明,选择波长为700nm、546.1nm、435.8nm的 单色光作为颜色匹配的三原色光有如下的优点:
可以匹配出较多的颜色 546.1nm、435.8nm的单色光容易获得
通过实验得到一个结论:白光(W)可由上述红(R)、绿(G)、蓝(B) 三基色光相加而得,它们的光通量比例为 : ΦR:ΦG:ΦB = 1:4.5907:0.0601
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