色度学基本知识

光谱分布
• 自然光和人造光源大都是由单色光组成的
复色光。光源的辐射能按波长分布的规律 随着光源的不同而变化。光源的光谱密度 与波长的关系称为光谱分布。
• 光源的光谱分布既是它本身光色的决定因
素，又是它照明下观察物体时，影响颜色 的重要因素之一。
几种典型的光谱分布
二 物体的光谱特性
在太阳光照射下，不同物体呈现出不同颜 色。原因就在于物体对光谱成分有选择吸 收和选择反射的性质。物体本身的光谱特 性是物体产生不同颜色的主要原因。光照 射到物体上后，部分被反射，部分被吸收， 部分透过。透明体的颜色主要由透过的光 谱组成决定；不透明体的颜色则由它的反 射光谱组成决定。
第二部分 颜色的分类和特性
• 颜色可分为彩色和非彩色两类 • 非彩色指白色、黑色和各种深浅不同的灰
色组成的系列，称为白黑系列。当物体表 面对可见光谱所有波长反射比都在80—90 ％以上时，该物体为白色；其反射比均在4 ％以下时，该物体为黑色；介于两者之间 的是不同程度的灰色。
• 彩色是指白黑系列以外的各种颜色。彩色
光的色散
使一束太阳光通过一个三 棱镜，我们可以看到图中的 一条彩色的谱带，红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫。而各 谱带之间并没有明显的界限， 是一条连续的谱带，人们把 这种现象称之为光的色散。 像这样由不同波长的光组合 在一起的光，在物理学上中 称为复色光，而把单一波长 的光称为单色光。
自然界人们见到单色光的机会不多， 一般都是复色光。一定成分的复色光， 有一种确定的颜色与之对应；但是反 过来，一种颜色感觉并不只对应一种 光谱组合，就是说两种成分完全不同 的复色光有可能引起的颜色感觉完全 一样，这就是同色异谱。
可见光的波长不同，引起人眼的颜色感
觉就不同。单色光的波长由长到短，对
应着的颜色感觉由红到紫。一般认为：
红 色 770—620nm ， 590nm，
橙 色 620—
黄 色 590—560nm ， 530nm，
黄 绿 色 560—
绿 色 530—500nm ， 4700m，
青 色 500—
蓝色470—430nm， 紫 色430—
色度学基本知识
主要内容
• 色彩的三个主要因素：
光 物体 观察者
• 颜色的分类和特性 • 视觉生理特性 • CIE标准色度学系统
第一部分 色彩的三个主要因素
色彩的感觉是一个错综复杂的过程， 单从物理观点来考虑，色彩的产生有 三个主要因素：
光源、被照射的物体和观察者
一光
刺激人眼能引起视觉的光辐射称为可见 光辐射，简称可见光。
有三种特性，例如：明度、色调、饱和度
• 明度；人眼对物体的明暗感觉。物体反射
比越高，明度越高。
• 色调：彩色彼此相互区分的特性，即红、
黄、绿、蓝、紫等。不同波长的单色光具 有不同的色调。物体的色调决定于照明光 源的光谱组成和物体本身的光谱反射的特 性。
• 饱和度：是指彩色的纯洁性。可见光谱中
的各种单色光是最饱和的彩色。物体色的 饱和度决定于物体反射特性。如果物体反 射光的光谱带很窄，它的饱和度就高。
用一个三维空 间纺锤体可以 将颜色的三个 基本特性—— 明度、色调、 饱和度表示出 来
第三部分 视觉生理特性
视网膜的颜色区
视网膜中央凹部位与边缘部位椎体细胞与杆体细胞 的分布不同。中央视觉主要是锥体细胞起作用，边 缘视觉主要是杆体细胞起作用。正常颜色视觉的人， 视网膜中央能分辨各种颜色。由中央向边缘过渡， 锥体细胞减少，杆体细胞增多，对颜色的分辨能力 逐渐减弱，直到对颜色感觉消失。与中央区相邻的 外周区先丧失红色、绿色的感受性，再向外部，对 黄色、蓝色的感受也丧失，成为全色盲区。因此人 的正常色视野的大小，视颜色而不同。
物体表面对光的反射情况
物体表面对光的反射情况
纺织品的颜色
• 染料 • 纤维表面积 • 织物表面性质 • 光的入射角等
染料对织物颜色的影响
• 染料本身的特性 • 染料在织物上的物理状态
纤维比表面积的影响
通常比表面积大，得色越浅； 比表面积越小，得色越深。
三 观察者
观察者即为人或检测器。人的眼睛主要是由 角膜、晶状体和感光细胞组成。只要物体有光 反射出来，投射在人的眼睛里，那么物体的像 将呈现在视网膜上，通过视网膜上的感光细胞 把信号传递给大脑，经过大脑的综合判断，于 是就产生了视觉。
光射到物体表面上时，部分光被反射，下 图表示物体表面对光的反射情况。
(1)表示反射光遵守反射定律，从镜面反射 方向射出，这部分光叫正反射光或镜面反 射光，
(2)所示的是完全反射漫射面的反射特性， 完全反射漫射面能无损地全部将入射的辐 通量反射出去，而且在各个方向上具有相 同的亮度。实际的物体既不是理想的镜面， 也不是完全反射漫射面，而是正反射与漫 反射同时存在。
• 实验结果得到的各单色光的相对辐射能
量与它对应波长的关系，就是光谱光视 效率。
• 明视觉和暗视觉光谱光视效率是光度学
计算的重要依据。
1
0.9
0.8
明视觉
0.7
暗视觉
0.6
光谱光视效率
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
波长（nm）
的，功率相同但波长不同的单色光，人眼 感到的明亮程度不同。眼睛的灵敏度与波 长的依赖关系，称为光谱光视效率。因为 人眼有明视觉和暗视觉二重功能，光谱光 视效率也有两种。
• 在光亮条件下，让观察者调节光谱的不
同单色光的强度去匹配一个固定的白光；
• 在黑暗条件下，调节各单色光的强度，
达到刚刚可以看到光亮的程度；
• 对于人能够感知颜色的问题属于颜色视
觉生理和颜色视觉心理范畴。经长期的 实验研究现代颜色理论的两大类，三色 学说和对立颜色学说被颜色视觉的阶段 学说统一在一起。现代神经生理学发现， 颜色视觉过程可以分成几个阶段：
第一阶段是在视网膜内有三种独立的锥
体感色物质，它们有选择地吸收光谱不 同波长的辐射，同时每一物质又可单独 产生白和黑的反应，在强光作用下产生 白的反应，无外界刺激时是黑的反应。 第二阶段是在神经兴奋由锥体细胞向视 觉中枢的传导过程中，这三种反应又重 新组合，最后形成三对对立性的神经反 应：红—绿，黄—蓝，白—黑。
• 视角即被观察对象的大小对人眼形成的
张角。视角的大小决定视网膜上投影的 大小。
• 明视觉、暗视觉
视网膜中有两种不同的感光细胞：锥体 细胞和杆体细胞。这两种感光细胞分别 在不同条件下执行不同的视觉功能。也 就是视觉二重性，也称为的感受程度是不同