第二讲：颜色的基本概念与光环境质量评价

第二讲：颜色的基本概念与光环境质量 评价
Zhang xiuxin
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本讲的主要内容： 2.1、光环境质量评价
2.1.1 影响视度的五项因素 2.1.2光环境质量的评价标准
2.2、颜色
2.2.1 颜色的基本特性
2.2.2 颜色的定量
2.2.3 光源的颜色Hale Waihona Puke Baidu
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2.1 光环境质量评价
一个优良的光环境，应能充分发挥人的视觉功效，使人轻 松、安全、有效地完成视觉作业，同时又在视觉和心理上 感到舒适满意。
孟塞尔颜色立体模型
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•孟塞尔表色系统对一种颜色的表示方法： •是先写出色调（H）,然后写明度（V）,后写彩度（C） H V/C = 色调 明度/ 彩度; 例如： 标号为10Y8/12的颜色= 色调为黄与绿黄的中间 色，明度值为8，该颜色比较明亮；彩度值为12，它是比 较饱和的颜色。 •孟塞尔明度值（V）与光反射比（ρ）有对应的关系： ρ =V(V-1）/100
c）使用发光表面面积大、亮度低的光源； d）使引起镜面反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减 少，从而减少反射眩光的影响。（不可避免的眩光源可想法降 低其照度、亮度，）
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2.1.2光环境质量的评价标准
•在着手进行光环境设计时，遇到的第一个问题是确定实际标 准。 评价一个光环境的质量好坏，用户的意见和反映很重要， 但往往在事先提不出具体的物理指标作为设计依据。为了具 有人对光环境的主观评价与客观的物理指标的对应关系，现 讨论优良光环境的基本要素和评价方法：
•有彩色：指黑白灰以外的颜色。有彩色的表观颜色有三
种独立的属性，即色调、明度、彩度 色调：各种单色光在白色背景下呈现的颜色，就是 光谱的色调。 明度：指颜色相对明暗的特性。反射比大的颜色明 度高，反之明度低。 彩度：指彩色的纯洁性。单色光彩度最高，掺入白 光成分愈多，彩度愈低。
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（3）颜色的混合
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•本标准 适用于 城市新 建、扩 建和改 建的道 路。
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•（二）舒适的亮度比 ： 在作业房间中，作业近邻环境的亮度应当尽可能低于作业本 身亮度，但最好不低于作业亮度的1/3，而周围视野（顶棚、墙、 窗）的平均亮度，应尽可能不低于作业亮度的1/10，灯和白天 的窗亮度，应控制在作业亮度的40倍以内。 •（三）宜人的光色，良好的显色性 光源色表的选择取决于光环境所要形成的气氛，比如，照度 水平低的“暖”色灯光（低色温）接近日暮黄昏的情调，能在 室内创造亲切轻松的气氛；而希望紧张、活跃、精神振奋的进 行工作的房间，易于采用“冷”色灯光（高色温），提供较高 照度。 •（四）避免眩光干扰 •（五）正确的投光方向与完美的造型立体感 1、照度矢量与标量之比 2、平均柱面照度于水平面照度之比 16 3、垂直照度与水平面照度之比
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颜色光的相加混合应用于不同类型光源的混合照明，舞台照明，彩色 电视的颜色合成等方面。
二）减色法——物体色的颜色光的减法混合（颜料的混合） •彩色涂料对于光的选择反射是颜色相减的过程，深红色的颜料 吸收了白光中大量的篮和绿，只反射红色，即是从入射光中减 掉了篮和绿；一块黄色的滤光片，由于减掉了篮色，透过红和 绿，红和绿混合呈黄色。 颜色减法混合中三原色：青、品红、黄。分别是加法三原色红、 绿、蓝的补色。
因为： x + y + z=1 所以： 通常色度坐标用x y表示 X相当于红原色比例；y相当于绿原色比例； 28 z相当于蓝色比例。
CIE1931标准 色度（色品） 图
图上马蹄形曲线是 单一波长的光谱色 轨迹，色度图的中 心E点是等能白光。 一种颜色的坐标点 距光谱轨迹愈近， 距E点愈远，彩度 愈高，颜色愈纯， 反之愈低。
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•CIE1931标准色度 （色品）图上的颜 色区域
•过E点画任一直线与 光谱轨迹得两交点， 两点指示的颜色为互 补色。
•所有真实的颜色都包 含在光谱轨迹和紫红 轨迹为边界的面积之 内。
CIE1931色品（度）图
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二）孟塞尔表色系统
孟塞尔（A.H.Munsell）1905年创立的表色系统按颜色的 三个基本属性：色调（H)、明度（V）、彩度（C）对颜 色进行分类和标定。它是目前国际通用的物体色表色系 统。 可以用一个颜色立体模型来说明这一系统——孟塞尔
根据“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”图，按以下 公式求出匹配任何一种颜色的三刺激值X、Y、Z：
X=kΣΦ(λ) x(λ)Δλ Y= kΣΦ(λ) y(λ)Δλ Z= kΣΦ(λ) z(λ)Δλ
在CIE1931标准色度系统中，颜色的色度坐标用x、y、z 表示 x=X/X+Y+Z y=Y/X+Y+Z z=Z/X+Y+Z
b.大多数人具有非常相似的颜色视觉。
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•CIE根据实验规定了（标准色度观测者的）三条相对光谱灵敏度曲 线——“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”。
代表匹配各波长纯光谱色所需要的红、绿、蓝三原色的量。
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三条相对光谱灵敏度曲线：
x(λ)――匹配各波长纯光谱色的红色分量； y(λ)――匹配各波长纯光谱色的绿色分量； z(λ)――匹配各波长纯光谱色的蓝色分量；
2.2 颜色
•颜色同光一样，是构成光环境的要素，对人的生理和心 理活动产生作用，影响人的工作效率。 2.2.1 颜色的基本特 性
（1)颜色的形成
•颜色来源于光。 •可见光包含的不同 波长单色辐射在视觉 上反映出不同的颜色。
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•从颜色的显现方式上，颜色可分为光源色和物体色 光源色： 光源就是能发光的物理辐射体，如灯、太阳、天空、 发光的物面等。光源辐射多个单色光对应的辐射能量不同， 引起的颜色视觉不同。辐射能量集中于光短波部分的色光 会引起蓝色的视觉，如天空光蓝色（冷色）。辐射能量集 中于光长波部分的色光会引起红色的视觉，如太阳光红黄 色（暖色）。 物体色
2.1.1 影响视度的五项因素
视度：看物体的清晰程度。 （1）亮度：人能看见的最低和最高亮度为10-6 ～106 cd/m2 最令人满意的照度在1500～3000 Ix之间。亮度太大超出人眼 的适应范围，易引起眼疲劳。
（2）物件的相对尺寸：物体的尺寸d，眼睛到物件的距离 l 都影响人们观看物件的视度。
孟塞尔表色系统和CIE1931标准色度系统。
它们不但用符号和数字规定了千、万个颜色品种，而 且在不同程度上揭示了颜色的形成和组合的科学规律。
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一） CIE1931标准色度系统 •这一系统的特点是用严格的数学方法来计算和规定颜色。 使用这一系统，任何一种颜色都能用两个色坐标在色度图上 表示出来。
•国际照明委员会（CIE）1931年推荐的“CIE1931标准色度 系统”有两个事实根据： a.任何一种光的颜色都能用红、绿、蓝三原色的光匹配 出来；
光被物体反射或透射后的颜色。物体色不仅与光源的 光谱能量分布有关，而且与物体表面的光谱反射比或透射 比分布有关。如一张红纸，用白光和绿光（单色光）照射， 其反射光（人的视感觉）不同。
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（2）颜色的分类和属性
颜色分为无彩色和有彩色两大类： • 无彩色：黑 灰 白三色。当物体表面的光反射比在80～ 90%以上时，物体为白色；反射比均在4%以下时，物体为 黑色。
C = |Lt –Lb |/Lb = |△L|/ Lb
对于均匀照明的无光泽的背景和目标，亮度对比可用光反 射比表示。 一般面积较小的为目标，面
C = |ρt - ρb|/ ρb
积较大的部位做背景。
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（4）识别时间
眼睛观看物体时，只有当物体发出足够的光能，形成一定 的刺激，才能产生视觉感觉。
符合：亮度×时间=常数 （邦森—罗斯科定律）
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•视角（α）：物体的大小（或其中某细部的大小）对眼 睛形成的张角。 α=3440 d/ l （单位：分，或 ′） •视力（视觉敏锐度）：其值等于刚能分辨的视角的倒数。 用V来表示 V=1/αmin
•医学上常用“C”兰道尔环或“E”形视标来检验人的视力。
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（3）对比感受性（对比敏感性）
•任何视觉目标都有它的背景，如，看书时白纸是黑字的 背景，而桌子又是书本的背景，目标和背景之间在亮度和 颜色上的差异，是人们在视觉上能认知世界万物的基本条 件。 •亮度对比，是视野中目标和背景的亮度差与背景亮度 （或目标）之比。符号为C
在进行光环境设计中，应注意人的“适应”现象。当环 境亮度变化过大时，应考虑在期间设置必要的过渡空间， 使人眼有足够的适应时间。 （5）避免眩光 眩光就是在视野中由于亮度的分布或范围不适宜，或在空 间或时间上存在着极端的亮度对比，以致引起不舒服和降低物 体可见度的视觉条件。 根据眩光对视觉的影响的程度可分为：失能眩光（降低视功效 和可见度）和不舒服眩光（引起不舒服的感觉）。
优良光环境的基本要素和评价方法共有五项：
•（一）适当的照度水平 确定照度水平要综合考虑视觉功效、舒适感与经济、节能 灯因素。 在没有专门规定工作位置的情况下，通常以假想的水平工作面 照度作为设计标准。对于站立的工作人员水平面距地0.9m; 对 于坐着的人是0.75m（或0.8m）。
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在照度标准中以1.5左右的等比级数划分照度等级，而不是采用等差级数。 例如，CIE建议的照度等级为20——30——50——75——100——200—— 300——750——1000——1500——2000——3000——5000等等。
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彩色涂料对于光的选择反射是颜色相减的过程
减掉过多的蓝绿光，反射多红光，呈暖色 调
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减掉过多的红光，反射蓝绿光， 呈冷色调
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2.2.2 颜色的定量 •日常生活中人们习惯用自然界的景物来描述颜色，如桃 红、苹果绿、孔雀蓝等。这种叫法不能正确表达颜色特 征和说明颜色之间的细微差别，随着色彩在工程技术中 的广泛应用，为了精确的规定颜色，要建立定量的表色 系统。 目前国际上使用较普遍的表色系统有：
如明度值为9的一块颜色，其反射比ρ=9(9-)/100=0.72
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•美国国家标准局和美国光学学会提供权威的孟塞尔颜色
样品。1974年该机构新版的《孟塞尔颜色图册》共有光泽
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根据眩光的形成过程，眩光可分为直接眩光和反射眩光：
•直接眩光：是由视野中的高亮度的或未曾充分遮蔽的光源所 产生的。
•反射眩光：是由视野中的光泽表面的反射所产生的。反射眩 光往往难以避开，故比直接眩光更为讨厌。 消除或减轻直接眩光的措施：
消除或减轻直接眩光的措施：
a）限制光源亮度 （增大面积，降低亮度）如加灯罩等。
颜色立体模型
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•中央轴代表无彩 色明度级，理想 白色为10，理想 黑色为0。
•颜色样品离开 中央轴的水平距 离，代表彩度的 变化。中央轴的 彩度为0，离轴 愈远，彩度愈大。 10Y8/12 •颜色立体水平剖面各个方向表示十种孟塞尔色调：五种主色调（红、黄、 绿、蓝、紫），五种中间色调，每种色调又分为10个等级 32
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•尽可能增大眩光源的仰角。当 眩光源的仰角小于27°时，眩 光影响就很显著，大于45°时， 其影响就大大减少。
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减少反射眩光的措施：
a）尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱镜面反射而 形成的反射眩光。（黑色漆面改为灰色毛面）
b）使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的镜面反射区 域；（反射的眩光最好大于27°仰角以上）
b）增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比。如书 和浅色的桌面，亮度对比小，有利于视觉工作。 c）减少形成眩光的光源的视看面积，既减少眩光源对观测者 眼睛形成的立体角。
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d）尽可能增大眩光源的仰角。
限制范围：
由45°至限制 眩光临界角γ 范围内的亮度。 γ是观察点同 最远处灯具的 连线与下垂线 间的角度，最 大值为85°。
-----颜色混合分为两种：
一）加色法—光源色的颜色光的相加混合（光的混合） •人眼能够感知和辨认的每一种颜色，都能用红、绿、蓝三种颜 色匹配出来。红、绿、蓝无论哪一种都不能有其他两种颜色混 合产生。故红、绿、蓝称为三原色（加色法）. 其规律： 1）两种颜色按比例混合产生白色或灰色，这两种颜色称 为互补色。如黄和篮、红和青。 2）非互补色的两种颜色混合，可产生中间色，色调偏向 于比重大的颜色。 3）表观颜色相同的光，不管其光谱组成是否相同，光的 颜色均可相加混合，视觉上是等同的。 4）各颜色光组成的混合色的亮度，是各颜色光亮度的总 和。