色彩原理与应用 ppt

的色彩。 光作用在透明物体上，除部分光线被反射、吸收外，相当部分
的光线能透过物体，物体的颜色由透过的光谱成分决定。 光作用在不透明物体上时，物体的颜色则由反射的光谱成分来
决定。 色与光两者的关系可概括为光是色之母，色随光而变。 光线作用于物体后还必须通过一系列的生理活动和心理反映后
才能使大脑产生颜色的感觉。
来表示，1nm = 10−9 m ，1Å = 10−10m。 光的色散：这种白光被分解成各种色光的现象称为色散。
紫色折射系数最大，偏离最大；红色折射系数最小，偏 离最小。
可见光谱：可见光按波长顺序排列而形成的光带。 单色光：在色散光谱中，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。
紫 蓝 青 绿 黄橙
红
(nm)
380 430 470 500 560 590 620
780
可见光谱
γ射线 χ射线 紫外线
红外线
10-12
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
无线电波
1
102
104
交流电
106
108
(nm)
二、光的性质
2．可见光谱 光波的波长极其微小，其单位一般用nm (纳米) 或Å（埃）
辨认阈值(nm)
(nm)
420
460
500
540
580
620
660
2
二、明度
明度(value，V)，也称为亮度(Brightness或Lightness)。 色彩的明度是人眼所感受到色彩的明暗程度。 明度并不单纯是一个物理学的量度，还是一个心理的
量度。 人眼对明暗的改变很敏感。反射光很小的变化(小于1
％)的变化，人眼也能感觉出来。 人眼能分辨明暗层次的数目约在600种左右。 明度的表示：用反射率（透射率）来表示。
人眼能辨别的亮度差别(%)
5 4 3 2 1
0.1 1 10 100 103 104 105 106 107
亮度（nt）
明度
灰度等级=11 灰度等级=21 灰度等级=40 灰度等级=70
明视觉V 0.00004 0.00012 0.0004 0.0012 0.0040 0.0116 0.023 0.038 0.060 0.091 0.139 0.208 0.323 0.503
暗视觉V’ 0.000589 0.002209 0.00929 0.03484 0.0966 0.1988 0.3281
的色相。
曲线的峰值反射率高低可理解为不同的明度。 曲线反射峰的宽窄可以理解为色彩饱和度的高低。
反射率(%)
1.0
100
明度 0.5
饱和度
B
A
色相
0
(nm)
400
Leabharlann Baidu
500
600
700
四、颜色三属性的相互关系
反射率(%) 100
A B
反射率(%) 100
A
B
0
(nm)
0
(nm)
400
500
600
700
后约23mm，横向直径约为20mm） 的近似球状体。人眼的机能可以比 喻为一个照相机。 主要有成像和感光记录两大作用。
一、眼球的构造与其主要功能
2. 成像系统
屈光系统：由物体发出的光 线通过角膜、房水、晶状体 及玻璃体折射，聚焦成像于 人眼感光记录系统——视网 膜上。
巩膜：眼球的最外层，它主 要起巩固、保护眼球的作用。
色 部 位 即 510nm 最 敏 感 。
510 550
(nm) 780
三、光谱光视效率
三、光谱光视效率
3．光谱光效率函数的数值表
CIE明视觉与暗视觉光谱光效率函数是色度学计算的重 要依据。
波长(nm) 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510
角膜：其正前方的一部分 （占巩膜的1/6）是透明组 织。外界光线首先经角膜的 折射后进入眼球。
4
一、眼球的构造与其主要功能
脉络膜：紧贴在巩膜里层，含有极丰富的呈黑色的色素细胞， 能吸收眼球内的散射光，并将营养素和氧输送到视网膜。
虹膜：脉络膜的前方，虹膜中心的圆孔便是瞳孔。虹膜的肌肉 控制了瞳孔的大小伸缩。瞳孔强光缩小而弱光放大，直径的变 化范围在2～8mm之间，以控制进入眼内的光量大小。
晶状体：在眼球内，前面是扁球形的弹性晶状体。 睫状肌：晶状体的周围，睫状肌收缩控制晶状体的屈光能力，
使远近不同的物体影像都恰好聚焦于视网膜上。
房水：在角膜和晶状体之间及虹膜与晶状体之间的空隙处充满 着水样液。房水的作用是使角膜和晶状体无血管组织进行新陈 代谢，并维持眼内压力。
玻璃体：在晶状体后面、视网膜前，占眼球内容物4/5的胶状透 明体。
A
b a
B
一、眼球的构造与其主要功能
4. 眼睛的调节 眼睛的调节机制是能看清不同距离的物体。通
常增大和减小晶体的曲率半径来实现。处于松 驰状态，晶体曲率减小，能看清远处物体；处 于紧张状态，晶体曲率增大，能看清近处物体。 明视距离：250mm 近视眼与远视眼
二、明视觉与暗视觉
在视网膜中心区及黄斑区分布着大约700万个锥细胞，在视网膜 其他区域分布着13000万个杆细胞。锥细胞和杆细胞执行着不同 的视觉功能。前者是明视觉器官，后者是暗视觉器官。
明视觉
三、光谱光视效率
1．光谱光视效率
人眼对光的敏感度是光 谱波长的函数。用V（l） 或V′（l）表示。
V(λ)(
)
1 暗视觉
明视觉 V(λ)
2．视觉函数曲线：表征人 0.5 眼对于各种可见波长的
平均相对敏感度的数量。
明视觉对光谱的黄绿光
部位即 555nm最敏感，
而暗视觉对光谱的蓝绿
0
380
色相和饱和度又称为色 度，对色感的描述只有 色相与饱和度有重要意 义。
颜色的色相、明度、饱 和度只有在亮度适中的 时候才能充分体现出来。
在中等亮度下，一般人 眼能够分辨的色彩总数 在10000种左右。
四、颜色三属性的相互关系
颜色三属性可用光谱反射率曲线来表示。 曲线的峰值反射率对应的波长为色彩的主波长，主波长表示该色彩
色彩原理与应用
授课教师 程杰铭
情境1：颜色的混合
知识点： 1. 色彩与色觉 2. 光的色相、明度、饱和度 3. 颜色的呈色机理 4. 色光混合规律 5. 色料混合规律
1.1 可见光
一、色觉三要素 1．色彩 ¾ 是一种物理现象，是光线作用于物体后所生产的不
同吸收、透射、反射的结果。 ¾ 色彩是光作用于人眼引起除形象之外的视觉特性。 ¾ 色彩是一种物理刺激作用于人眼的视觉特性。 2．色觉 ¾ 色觉是一种感觉机能，是人类认识颜色和辨别颜色
0.455 0.567 0.676 0.793 0.904 0.982 0.997
波长(nm) 520 530 540 550 555 560 570 580 590 600 610 620 630 640
眼球外部
眼球内部
细胞核
锥细胞
杆细胞
一、眼球的构造与其主要功能
一、眼球的构造与其主要功能
4. 视网膜像的形成 外界光线通过屈光系统，在视网膜上聚焦成像。 物体上每一个点的光线进入眼球以后会聚到视网
膜的不同点上，形成左右换位、上下倒置的影像。 心理回倒——自然状态的正立的影像。 斯托顿实验
三、饱和度
饱和度(chroma或saturation，C或S)，也称为纯度或彩度. 指反射或透射光线接近光谱色的程度，或者说是表示离
开相同明度中性灰色的程度。 一般以色彩中的含单色光成分的比例乘以百分数来表示。 饱和度可理解为含颜色多少的程度，也可说是含“灰”的
程度。
三、饱和度
物体色的饱和度取决于该物体表面反射光谱色光的选
大多数色彩系统都是根据色彩 的三属性来进行系统的分类、 归纳、排列的。
一、色相
一、色相
色相（hue，简写为H），即色彩的相貌，是色彩最基本 的特征，也是色与色彼此相互区分最明显的特征。
色相的表示：光谱成 分的主波长。
色相环：将光谱色的 色带作弧状弯曲，加上 不存在于光谱中的品红 色（magenta，谱外 色），可形成一个色相 循环渐变的圆形封闭 圈，称为色相环。
二、明度
色相与明度的关系 色相的光谱色即使反射率相同，明度也各不相同的。
依次为黄色、橙黄、黄绿、橙色、红色、青色、蓝色。
二、明度
同一种色相下，明度有差别，就具有不同色彩。
白色颜料是反射率高的物质，如果在其他颜料中加入白 色，可以提高混合颜色的明度。
黑色颜料是反射率极低的物质，在其他颜料中混入黑 色，可以降低混合颜色的明度。
400
500
600
700
1.3 眼睛与视觉 一、眼球的构造与其主要功能
人的眼睛是产生色觉的要素之一。 它所提供的视觉信息量大约是所有 感觉器官获得信息总量的80％以上。
从物体反射的光线进入眼睛并聚集 到感光面——视网膜上，这种光线 的刺激是视觉感受的开端。
1．人眼的作用 是一个直径大约为23～24mm（前
复色光：由单色光混合而成的光叫做复合光。
1
二、光的性质
白光
棱镜
白屏幕
红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
三、色与光的关系
光是人们感觉所有物体形态和颜色的惟一物质。 色是由物体的化学结构所决定的一种光学特性，是光作用于人
眼引起除形象以外的视觉特性。 所有不发光的物体，只有在光线的作用下才能呈现颜色。 不同的光作用在物体表面后会发生不同的反映，从而形成不同
择性。
色彩饱和度与呈色物体的表面结构有关。
光谱色的饱和度最高，消色的饱和度为零。
不同光谱色与等亮度消色之间能分辨的饱和度级数是
不等的。其中红色最多，有25级，而黄色最少，只有4
级。
分辨率等级
(nm)
3
三、饱和度
四、颜色三属性的相互关系
颜色的三个属性是相互 独立的，但不能单独存 在。它们之间的变化是 相互联系、相互影响的。
一、眼球的构造与其主要功能
3. 感光系统 视网膜一般可分为三层：最外层是锥体细胞和杆体细胞，构成了视
觉通路的第一级神经元； 中层为双极细胞，双极细胞的两极突起，一极与视觉细胞（锥细胞
及杆细胞）相接，另一极与神经节细胞相接，起桥梁作用，是视觉 通路的第二极视经元； 最内层主要含有神经节细胞，神经节细胞与神经相连接，是视觉通 路上的第三神经元。 视神经纤维在视网膜上的汇集点，叫做视神经乳头。它没有感光能 力，又称盲点。在视网膜中央凹附近大约3°视角范围，因生理解剖 时该区域呈黄色，所以称黄斑。
1.2 色彩的三属性
在视觉上，色彩是无法用一般 的量值来衡量的，只能用三个 特殊的物理量即色相、明度和 饱和度（或纯度）来衡量。
色彩三要素是色相、明度和饱 和度。
色彩中任何一色都具备这三属 性，缺一不可。色彩的三个属 性彼此互不联系。两个不同的 色彩至少有一个属性不相等， 只有三个物理量全部相等的色 彩才是完全相同的。
的能力。色觉并不是客观存在的。 3．色觉三要素 ¾ 光线的照射 ¾ 呈现颜色的物体 ¾ 功能正常的视觉器官及大脑
1.1 可见光
二、光的性质 1．光的性质 光是一种电磁波。 380～780nm长范围内的电磁波为可见光。 不同的波长具有不同的颜色。 光波具有波粒二象性，E＝hν（h为普朗克常数，。
下进行比较，这时蓝色看起来比红色亮一些。这一现象就称为浦 肯野效应。
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二、明视觉与暗视觉
杆体细胞（rods） 锥体细胞（cones）
感受
明暗、形状
灵敏度
高
分辨率
低
数量 多，约13 000万
主要分布区 中心凹及黄斑区域
域
以外
视觉功能
暗视觉
明暗、形状、色彩 及细节 低 高
相对少，约700万 中心凹及黄斑区域
1．暗视觉 杆细胞对光有高敏感性，能接受微弱光刺激，但不能分辨物体的
细节和颜色，适合在暗条件下工作（0.001尼特）。 在比较暗的条件下，暗视觉只能分辨出物体的形状和明暗。 2．明视觉 锥细胞能在光亮下精细地接受外界的刺激，能分辨物体的细节与
颜色，对光的敏感度较低，适合于明亮条件下工作(大于1尼特)。 暗视觉和明视觉称为视觉器官的两重功能。 3．浦肯野效应 浦肯野发现将两个在光亮条件下等光度的蓝色和红色，放到弱光
一、色相
人眼的分辨能力 对490nm附近的青绿色光与590nm附近的橙黄色光特别敏感，只
要波长有1～2nm的变化， 对绿色光谱段需要波长有3～4nm的变化才能区别； 而人眼对光谱两端的红光谱段和蓝紫光谱段，波长变化的反应能
力非常迟钝，特别是从波长655nm到光谱红色末端，以及从 430nm到光谱紫色末端，人眼几乎无法区分颜色上的差别。 一般人眼可以分辨的光谱色色相为100多种，谱外色约30种。