色度学的基本知识

色度学

色度学与物理光学等学科的基础不同, 物理光学可以认为是客观的科学, 是与人类无关的。而色度学却是一种主观的科学, 它以人类的平均感觉为基础, 因此它属于人类工程学范畴, 以对光强的度量来说, 物理光学以光的辐射能量这个客观单位来度量, 而色度学却以色光对人眼的刺激强度来度量。

色度学确切的讲它是研究人眼对颜色感觉规律的一门科学。以对光强的度量来说, 物理光学以光的辐射能量这个客观单位来度量, 而色度学却以色光对人眼的刺激强度来度量。辐射能量很大的波长很长的红光对人来说却没有辐射能量很小的黄光亮, 人们就认为黄光的强度比红光大。

在人们眼中所反映出的颜色，不单取决于物体本身的特性，而且还与照明光源的光谱成分有着直接的关系。所以说在人们眼中反映出的颜色是物体本身的自然属性与照明条件的综合效果。我们用色度学来评价的结论就是这种综合效果。

色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的科学，它是一门本世纪发展起来的，以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科为基础的综合性科学。

每个人的视觉并不是完全一样的。在正常视觉的群体中间，也有一定的差别。目前在色度学上为国际所引用的数据，是由在许多正常视党人群中观测得来的数据而得出的平均结果。就技术应用理论上来说，已具备足够的代表性和可靠的准确性。

国际照明委员会(CIE)

国际照明委员会(Commission Internationale ed I'Eclairage-CIE)

主要研究照明的专业术语、光度学和色度学的国际学术研究机构。设在巴黎。早在1924年前就已从事标准色度学系统的研究，1931年根据莱特(W.D.Wright)在1928-1929年和吉尔德(J. Guild)在1931年研究三原色的角度观察效果，加以平均，规定了CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值，并据以绘制出偏马蹄形曲线的*色度图，称为“1931 CEL-RGB系统色度图”，后经修改被推荐为1931 CIE-XYZ系统，为国际通用色度学系统，称为“CIE标准色度学系统”，所作的图则称“CIE 1931色度图”。1964年又综合斯泰尔斯(W.S. Stiles)和伯奇(J.M.Bruch)以及斯伯林斯卡娅(N.I.Speranskaya)1959年发表的研究结果，制定了CIE1964补充色度学系统以及相应的色度图，为世界各国广泛采用，据以进行色度计算和色差计算。1964年又提出了“均匀颜色空间”的三维空间概念，1976年加以修订，并正式被采用。CIE为此还提出了确定的参照光源，称“CIE 标准光源”。

眼睛的剖视结构

▲虹膜(Iris):

位于形成眼压的房水(Aqueous Humor)后面(水晶体前面)决定眼睛的颜色白种人儿童虹膜色素少，为蓝色，年老色素增多成棕黑色）其肌键可控制瞳孔（Pupil)大小(约为2 - 8mm之变化)使得影像随外界明暗变化成像于视网膜上。

▲角膜(Cornea):

眼球壁的正前方，1mm厚，为一弹性的透明组织占眼球壁面积1/6，光线经角膜曲光折射进入眼内。

▲水晶体(Lens)：

虹膜后透明双凸透镜，两曲面之曲率不同，厚4mm，9mm直径曲光率靠睫状肌(Ciliary Body)收缩而改变。

视觉原理

人眼基本上可以看成是一个包含在巩膜内的不透光暗室。它具有一个由角膜﹑前房水﹑水晶体和玻璃体组成的折射光学系统﹐它们将入射光线聚焦在眼球

后面的视网膜上形成一个倒像。

虹膜上的小孔叫瞳孔﹐瞳孔的大小可以改变﹐以便调节进入眼睛的光通量。在低亮度它完全打开时﹐直径可达8mm左右﹐而在高亮度环境中﹐其直径为

1.5mm左右﹐其有效孔径(光圈)从f/11到f/2﹐焦距约为16mm。

视网膜由一个感光细胞薄层组成﹐上面的细胞分为两种类型﹕一种是锥形

的﹐一种是杆形的﹐它们大约有一亿二千五百万个﹐不均匀地分布在视网膜上。这两类细胞的作用不同﹐杆形细胞作用相当于高灵敏度﹑粗颗粒的黑白底片﹐

它在很暗的光照下还能起作用﹐但不能区别颜色﹐的到的像轮廓不够清晰﹔锥

形细胞作用相当于灵敏度比较差﹑颗粒细的彩色底片﹐它在较强的光照下才能

起作用﹐能区别颜色﹐得到的像的细节较清晰。

进入眼睛的光线通过瞳孔后到达水晶体凸透镜﹐在周围睫状肌的作用下﹐

透镜可以适当地调节它的形状﹐使一定远近范围内(约从无穷远到15cm)的物体都能分别成像于视网膜上﹐两种感光细胞把像的讯号经过视神经信道传送到大脑。

水晶体是折射率不均匀的物体﹐其外层折射率为1.38﹐内层折射率接近

1.41﹐水晶体的焦距可以靠其表面曲率的变化来改变。

随着物体离眼睛距离的不同﹐水晶体焦距作相应的变化﹐因而在视网膜上可以得到物体清晰的像﹐这个过程称为调焦。

正常的眼睛处于没有调节的自然放松状态时﹐无穷远物体正好成像在视网膜上﹐即眼睛的像放焦点正好与视网膜重合﹐所以眼睛观察远处物体不容易疲劳﹐故目视仪器的调节应使像成于无限远处。

观察近距物体时﹐水晶体周围的睫状肌向内收缩﹐使水晶体曲率半径变小﹐这时眼睛的焦距缩短﹐像方焦点由网膜上向前移动﹐使有限距离处的物体成像在视网膜上。

视神经放大图片

进入眼睛的光线被视网膜（Retina)上的杆状（Rod）和锥状( Cone)细胞（见右图）所接受，并产生电子讯号刺激后方的神经细胞层在精于大脑整合产生视觉影像。

杆状（Rod）细胞主司明暗的判别，平均约有1亿两千万个细胞，可接受400～600nm波长的光线，不具色彩判别力。锥状( Cone)细胞，则集中在视网膜中央的部分，可接受400～700nm波长的光线，具辨别色彩的能力，但数量只有6百万个。这也说明了为什么人的眼睛对明暗对比的判定，要比色彩的变化来的敏感的原因。

视觉暂留现象

人眼之所以能够看清一个物体，乃是由于该物体在光的照射下，物体所反射或透射的光进入人眼，刺激了视神经，引起了视觉反应。当这个物体从眼前移开，对人眼的刺激作用消失时，该物体的形状和颜色不会随着物体移开而立即消失，它在人眼还可以作一个短暂停留，时间大约为1/10秒。物体形状及颜色在人眼中这个短暂时间的停留，就称为视觉暂留现象。正因为有了这种视觉暂留现象，人们才能欣赏到电影、电视的连续画面。视觉暂留现象是视错觉的一种表现。

眼睛的分辨能力

眼睛分辨物体细节的能力与视网膜的结构(主要是其上面的感光单元的分布)有关﹐不同部分亦很大的差别。在网膜中央靠近光轴的一个很小的区域(称为黄斑直径约为1.5mm)里﹐分辨能力最高。能分辨的最近两点对眼睛的张角﹐称为