1、第二章 视觉与颜色,2.1 人眼与视觉 2.2 视觉特性 2.3 颜色特性 2.4 表色系统 2.5 颜色与显色,2.1 人眼与视觉,一、人眼的构造,1透膜变圆 2视网膜 3巩膜 4中央凹 5盲点 6视神经 7睫状体 8透膜变平 9虹膜张开 10瞳孔 11虹膜收缩 12角膜,图2-1 眼睛的构造,二、人眼的视觉,锥状细胞：锥状神经的功能是在昼间看物体，而且可看到颜色。柱状细胞：柱状神经在黄昏下活跃，在夜视起作用，但不能感知颜色。视觉产生：在柱状细胞和锥状细胞里都含有一种感光物质，当光线照到视网膜上时，感光物质粉刷化学变化，刺激神经细胞，最后由神经传到大脑，产生视觉。,图2-2 视网膜,一、视觉
2、 明视觉亮度超过10cd/m2，锥状细胞参与视觉工作， 这种视觉状态为明视觉。 暗视觉亮度在10-610-2cd/m2时，柱状细胞参与视觉 工作，这种视觉状态为暗视觉。 中介视觉亮度在10-210cd/m2时，柱状细胞、锥状细胞 同时参与视觉工作，这种视觉状态为中介视觉。,2.2 视觉特性,视觉产生视觉是由大脑和眼睛密切合作而形成的。视觉是一种物理现象，但更是一种生理现象。视野：头部不动时，眼睛能看见的范围称为视野；,555nm锥状细胞最大灵敏度波长,507nm柱状细胞最大灵敏度波长,V()为明视觉的光 谱光视效率曲线,V()为暗视觉的 光谱光视效率曲线,图2-3 CIE光度标准观察者光谱光效
3、率,注：CIE为法文缩写，国际照明委员会,二、光谱灵敏度,2.2 视觉特性,2 视觉特性,三、视觉阈限能引起光感觉的最低限度的亮度称为视觉 的“绝对阈限”。对于在人眼中长时间出现的大目标，视觉 阈限亮度为10-6cd/m2视觉可以忍受的亮度上限为106cd/m2。绝对阈限的倒数称为视觉的“绝对感受 性”。人眼的绝对感受性是很大的。,视觉阈限的影响因素与目标物大小有关目标物大小用目标物 对眼睛所张的角度表示， 称为视角。当视角超过30o时，亮度 阈限不再降低。,图2-4 亮度阈限与视角的关系,2 视觉特性,与目标物发出的颜色有关在相同视角下，对波长较长的光：红、黄光，其亮度阈限就高；对波长较短的
4、光：蓝光，亮度阈限值要低些。在暗视觉条件下，光谱光效率向短波方 向偏移。,2 视觉特性,与观察时间有关不超过0.1s，而目标物较小，视角不超过1o，则目标物呈现时间越短，亮度阈限就越高；呈现时间 越长，亮度阈限值就越低。作用时间超过0.2s时，视觉阈限就与时 间无关了。,四、视觉适应 明适应：视觉系统适应高于几个cd/m2亮度变化过程及终极状态。发生在由暗处到亮处，需几十秒。,2 视觉特性,图2-5 明适应与暗适应,暗适应：视觉系统适应低于百分之几cd/m2亮度变化过程及终极状态。从亮处到黑处视觉阈限下降过程，所需过渡时间较长，30min。,2 视觉特性,图2-5 明适应与暗适应,应用在照明设
5、计中，尤其是隧道的照明设计，应考虑暗适应因素，即在隧道入口的一段距离内应有过渡照明，也即隧道入口处亮度应高些，然后逐渐降低亮度，使司机有个适应过程。,2 视觉特性,图2-5 明适应与暗适应,五、视力视力的定性含义是指眼睛辨认物体轮廓和 细节的能力。视力定量含义是指人眼能够区别两个相邻 物体最小张角D的倒数。国际眼科学会于1909年规定用白底黑色兰 道尔环作为检查视力的标准视环。,2 视觉特性,图2-6 兰道尔环,D=1.5mm，=1， 视力为1.0。D=1mm， =40“， 视力为1.5。,四、对比灵敏度与可见度 (一) 亮度对比目标亮度和背景亮度之差与背景亮度之比。,2 视觉特性,(二) 对
6、比敏感度亮度差别阈限Lt：人眼刚刚能识别目标与背景的最小亮度差。阈限对比Ct：亮度差别阈限与背景亮度之比。对比敏感度Sc：阈限对比的倒数。,2 视觉特性,(三) 可见度 能见度人眼确定物体存在或形状的难易程度。在室内应用时，以目标与背景的实际亮度对比C与阈限对比Ct来描述。在室外应用时，以人眼恰可看到标准目标 的距离定义。,2 视觉特性,四、视野头部不动时，眼睛能看见的范围。在正常情况下，人两眼的水平视场为180，垂直视场为130，水平面上方60， 水平面下方为70。,2 视觉特性,图2-7 人眼的正常视野,中间白色部分为双眼都看到部分。 左右两侧阴影部分为左右两眼分别看到。 黑色部分为被眼眉
7、、两颊和鼻子遮挡部分。,五、眩光由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适 宜，或存在极端的对比，以致引起人眼的不舒 适感觉或者降低观察细部(或目标)的能力，这种 视觉现象称为眩光。 夜里汽车开着大灯，感到刺眼。因为晚上，周围很暗，车灯亮度与周围背景亮度形成大的亮度对比。 夏日晴天的太空，仰望晴空感到刺眼。冬日阳光下的白雪会刺眼。因为视野内出现了太亮的发光体。,2 视觉特性,（一）眩光的分类 根据其造成的后果分类：不舒适眩光产生不舒适感觉，但不一定降低视觉对象的 可见度的眩光。 失能眩光降低视觉对象的可见度，但不一定产生不 舒适感觉的眩光。,2 视觉特性, 根据其形式分类：直接眩光由发光体的直接照射
8、引起的。 反射眩光由反射面反射发光体发出的光而形成的眩光。反射眩光：当反射面光泽度较高时，能把发光体 的像清楚地反映出来，即由发光体的像直射引起的。光幕反射：当反射面反射亮度并不高，且不清楚 地反映发光体的像，然而却使被观察目标的对比度降 低，减小了能见度。黑板发生光幕。,2 视觉特性,（二）影响眩光的因素 周围环境较暗时，眼睛的适应亮度很 低，即使是亮度较低的光，也会有明显的眩光。 光源表面或灯具反射面的亮度越高， 眩光越明显。 光源的大小,2 视觉特性,一、光谱能量(功率)分布 光源的光谱辐射能量(功率)按波长的分布 称为光谱能量 (功率)分布，以光谱能量的任意 值来表示光谱能量分布，称为
9、相对光谱能量分 布。物体的颜色是物体对光源的光谱辐射有选 择性地反射或透射对人眼所产生的感觉。,3 颜色,二、颜色的基本特征1、分类：彩色和非彩色；中性色：白色、黑色和灰色物体对光谱各波长的反射没有选择性，故称为“中性色”。彩色的三个特性：色调、明度、彩度,色调：色相，可见光谱不同波长的辐射，在视觉上表现为各种色调； 明度：颜色相对明暗的特性 彩度：彩色的纯洁度无彩色只有明度。,2、颜色立体：用一个三维空间的立体，可以把颜色的三个特性全部表示出来,图2.3.1 颜色立体,3、颜色环：一个表示颜色及其混合规律的示意图,图2.3.2 颜色环,3 颜色,图2-8 常用照明电光源的相对光谱功率分布,(
10、a)白炽灯、卤钨灯 (b)荧光灯 (c)荧光高压汞灯 (d)高压钠灯,3 颜色,图2-8 常用照明电光源的相对光谱功率分布,(e)钠铊铟灯 (f )管形镝灯 (g)管形氙灯、日光,三、颜色混合1、颜色光的混合：属于相加混合，是由不同颜色的光谱引起眼睛的同时兴奋。光的相加混合可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； 2、物体颜色的混合：属于相减混合。掌握颜色混合的规律，一定要注意颜色相加混合与颜色相减混合的区别。,四、颜色视觉 1、颜色对比：相邻的不同颜色，在观看时存在着相互影响，称为颜色对比； 2、颜色适应：人眼在颜色刺激的作用下所造成的颜色视觉变化，称为颜色适应；
11、3、彩色对人的生理、心理作用： 各种光色引起视觉疲劳程度不同； 不同颜色对人产生的感觉不同，有冷色、暖色之分；,二、颜色视觉人的视觉器官不但能反映光的强度亮度 感觉，还能反映光的波长特性颜色感觉。 (一) 颜色对比相邻的不同颜色，在观看时存在着相互影 响，这种现象称为颜色对比。例如：在一块黄色背景上放张白纸，用眼睛注视 白纸中心几分钟，白纸会出现蓝色。黄色和蓝色为互 补色，即每种颜色都在其周围诱导出一种确定的颜 色，这种颜色称为被诱导色(原来诱导颜色的互补色或 相似颜色)。,3 颜色,(二) 颜色适应人眼在颜色刺激下所造成的颜色视觉变化，称为 颜色视觉。如：先在日光下看物体的颜色，然后突然改在
12、室 内白炽灯先看物体的颜色，开始时，室内照明看起来 带有白炽灯的黄色，物体的颜色也带有一些黄色，几 分钟后，视觉适应了白炽灯光的颜色，室内照明趋向 变白，物体的颜色趋向恢复到日光下的原来的颜色。如：在暗色背景上照射一小块黄光，当眼睛先看 过强烈红光之后，再看这黄光，此时呈现绿色，经过 一段时间，眼睛会从红光的适应中逐渐恢复，绿色渐 淡，几分钟后又成为原理的黄色。,3 颜色,图2-9 颜色适应,3 颜色,(三) 彩色对人的生理、心理作用生理方面蓝、紫色最易引起疲劳，红、橙色次之， 黄绿、蓝绿、淡青等颜色最小。设备外壳颜色 宜采用黄绿、蓝绿等颜色眼睛对黄色较为敏感，常用黄与黑与蓝相 间的色彩作为危
13、险部位的警告色标。心理方面红、橙、黄等颜色有种温暖的感觉暖色青、蓝、紫等颜色有冷、凉的感觉冷色,3 颜色,2.4 表色系统,一、分类将颜色进行分类，并用数字、字母来表示；1、孟塞尔表色系统：目前用得最广泛的表色系统，采用颜色图册的表色系统，即按颜色的三个特性进行分类，并以它们的组合来表示。色调H，明度V，彩度C，表示为：HV/C,图2.5.1 孟塞尔色调与彩度,2、CIE表色系统 三原色学说：光谱的全部颜色可以用红R、绿G、蓝B三种光谱波长的光混合得到；r+g+b =1CIE色度图：用三原色比例x，y，z来表示一种颜色 x+y+z=1,图2.5.2 CIE色度图,一、光源的颜色 (一) 光源的
14、色表与色温 光源的色表指的是人眼观看光源所发出光 的颜色(灯光的表观颜色)。 常用色温来定量描述光源色表。当一个光源的颜色与黑体(完全辐射体)在 某一温度时发出的光色相同时，黑体的温度就 称为该光源的色温。符号Tc，单位为开尔文(K)。,2.5 颜色显色,2.5 颜色显色,黑体在任何温度下某物体能把投射到它表面的任 何波长的能量全部吸收，该物体称之为黑体。800900K温度下，黑体辐射呈红色3000K呈黄白色5000K左右呈白色800010000K呈淡蓝色,2.5 颜色显色,热辐射光源的光色光谱能量分布与黑体的光谱能量分布近似， 色温与白炽体的实际温度有一定的内在联系。白炽灯泡的色温为2878
15、K灯丝的真实温度为2800K 热辐射光源以外的其他光源的光色光谱功率分布形式与黑体辐射有一定的差 距，用黑体在某一温度辐射最接近的颜色来近 似地确定这类光源的色温，因此称作相关色 温。 符号 Tcp红色光的色温低蓝色光的色温高,2.5 颜色显色,2.5 颜色显色,各种光源的色温,(二) 光源的显色性 照明光源显现被照物体颜色的性能称为显 色性。 标准光源CIE规定了四种，常以标准光源A作为低色 温光源的参照标准。标准光源A：温度约为2856K的完全辐射体 (黑体)发出的光，现实的标准光源A是色温为 2856K的充气钨丝灯泡。,2.5 颜色显色,显色指数定量表征光源显色的优劣。用被测光源下物体的
16、颜色与参照光源 下物体的颜色相符程度来衡量。一般显色指数Ra特殊显色指数Ri 显色指数等级Ra=10080,显色性优良Ra=7950,显色性一般Ra50,显色性较差,2.5 颜色显色,2.5 颜色显色,二、物体的颜色物体表面的颜色是它对照射光线中某一种 波长的光反射(或透射)，比其他波长的光要强 得多，反射(或透射)得最强的波长的光，即为 该物体的色彩。 黑色物体对各种彩色的光都吸收，不能反射 光，无论什么彩色光或日光照射都显黑色。 白色物体能将所有的彩色光都反射出来，日 光照射时显白色，红光照射时显红色，其他彩 色光照射时就显现与光源相同的彩色。,2.5 颜色显色,荧光高压汞灯的光谱中青、蓝
17、、绿光多，红 光很少，照射在白黄色的人脸上反射的青、 蓝、绿光较多，脸显青灰色。照射在蓝布上，蓝布的光谱反射比以蓝光最 强。蓝布吸收了其他颜色光而反射蓝光，蓝布 呈蓝色 钠灯照射蓝布。钠灯的发射光谱中无蓝色 光，绝大多数光线被蓝布吸收，几乎无反射 光，蓝布呈黑色。,2.5 颜色显色,2.5 颜色显色,光源发出各种波 长的光，如果光中所包 含的各种可见光的波长 之间相对平衡的话，这 种光称作白光。,图2-10 物体的颜色,2.5 颜色与显色,一、光源的颜色1、光源的色温（Tc）：当一个光源的颜色与黑体（完全辐射体）在某一温度时发出的光色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温，单位为K。2、光源的显色性（1）标准光源：CIE规定了四种标准光源。（2）显色指数：用“显色指数”表示光源的显色性。显色指数分为特殊显色指数（Ri）和一般显色指数（Ra）两种；,光源的显色指数Ra： 100 80 显色性优良；79 50 显色性一般； 50 显色性较差；二、物体的颜色： 物体表面的颜色是它对照光线中某一种波长的光反射（或透射），比其它波长的光要强得多，反射（透射）得最强的波长的光，即为该物体的色彩。,
