1、1. 彩色的定义 2. 光线 3. RGB和 CMY 4. 人的眼睛,第1章: 彩色基础,1. 彩色的定义,什么是彩色?,颜色是一种由光线引起的感觉 当人正在看物体时, 光线, 物体 和眼睛是识别物体色彩必不可少的三个元素。 确切的来说,光线从光源发出到达物体,然后眼睛感受到部分的反射光和入射光。 从这一时间起,就形成了彩色。,第 1章: 色彩基础,眼睛,光源 (光线),物体,眼睛,反射,入射,2. 光线 (1/3),关于光线,在这里，光线(可见光)称为一种电磁波。 波长是380nm到 780nm (纳米:一米的十亿分之一)。超出可见光范围的光是人眼看不见的。 X射线和紫外线波长:紫外线波长短
2、于其他光。 电波和红外线的波长要长于其他光的波长。,第 1章: 色彩基础,2. 光 线(2/3),光线的分布,白光(太阳光等）成分包括所有从380nm到780nm的波长所有光。 按照频率来划分光线的分布, 波长从短到长光的颜色被改变为紫,蓝,青,绿,黄,橙,红。 仅有一种波长的光称单色光. 单色光波段按照波长的次序排列称为光谱.,第 1章: 色彩基础,光谱,3. RGB 和 CMY (1/3),三原色是一种通过和其他颜色混合而产生其他颜色的颜色 根据他们混合方式不同可以分为2种三原色. 他们是RGB三原色和CMY三原色. RGB三原色是红绿蓝.当这3种颜色混合时,将是白色的.这种混合方式被称为
3、加色法混合. CMY三原色是青品红和黄.当这3种颜色混合时,将是黑色的.这种混合方式被称为减色法混合.,三原色和颜色混合,RGB三元色 (中间是白色),CMY三元色 (中间是黑色),红,绿,蓝,青,品红,黄,第 1章: 色彩基础,3. RGB 和 CMY (2/3),色彩补偿也被称为反色。 反色意味着色彩的位置处在色相环中 的对立的一边. 当2种颜色被混合时他们的关系如下,这 种关系被称为色彩补偿关系.* 白色色彩混合相加而成* 黑色是减色法混合而成RGB和CMY之间的关系是补偿关系. 这是因为每一种颜色如下.,色彩补偿,混合颜色的叠加,混合颜色的相减,色相环,第 1章: 色彩基础,4. 眼睛
4、 (1/2),什么是眼睛?,眼睛是一种感觉器官据说在我们所处的环境中80%到90%的信息来自眼睛. 颜色是一种感觉.每个人看到的都不同,有很多动物不能够分辨颜色.,颜色的类型,眼睛能够区分的颜色类型简单的被分为3种颜色.取决于波长的组成,这个光看上去好像自身含有颜色.例如:焰火,霓虹灯,日光灯等等.反射色是因为当光被反射到物体的表面的而产生的反射光而出现的 也被称为表面色.入射色是因为光透过物体传送而出现的颜色.例如: 彩色玻璃,玻璃纸,玻璃瓶等.时常谈到的物体色都是反射色和入射色 因为他们都属于同一类型的物体颜色,第 1章: 色彩基础,4. 眼睛 (2/2),所有的光源色,反射色和透射色用颜
5、色的信息替换了光的信息. 尤其Specifically, they focus the light refracted by cornea (filter) at crystal lens via pupil and send it to retina (film). There are cones and rods in retina. Cones distinguish colors.,眼球的结构,(1) 角膜 (2) 瞳孔 (3) 虹膜 (4) 晶体 (5) 视网膜,(1),(2),(3),(4),(6) 视觉神经= 通向大脑 (7) Central fovea (8) 黄点 (9) 盲
6、点,(7),(6),(8),(9),(5),第 1章: 色彩基础,1. 色温 2. 感官色度 3. RGB 色彩体系 4. XYZ 色彩体系 5. CIE L*u*v* 和 CIE L*a*b* 6. 补充,第2章:色度学基础,1. 色温 (1/3),照明效果,照明和色彩密切相关. 除了光源的色彩以外若没有照明的话色彩是看不见的。 色彩是如何改变取决于光源的改变. 例如,物体的色彩在太阳光下和在日光灯下反映的颜色是不同的. 这是因为光谱的分布(每种单色数量)在这些光源中是不同的. 这下面的图片用于平常日照和日光灯管的比较. 你可以看到,日光灯有较多的蓝色成分和少量的红色成分. 在这种情况下,
7、在日光灯下看到的物体比阳光下看到的更显得白.,第2章:色度学基础,平均日照,日光灯管,1. 色温 (2/3),色温（相对色温）,色温是用于表示光源类型的一种专业术语. 色温的基础是一种理想的物体温度,这个物体被称为黑体,它能完全吸收各种波长的光. 单位是K (开氏温标: 0 K= -273.15 摄氏度). 如果黑体被加热颜色将变为红=橙=黄=白=蓝白,普通的日光灯,据说恒星有和黑体相似的特性.所以可以说蓝星和比红星有更高的温度.,例如日光灯和卤素灯等的光源颜色都能够用色温来表示. 然而,日光灯的色温5000K与实际颜色没有关系. 这是因为日光灯不是一个黑体. 在一定范围内黑体的颜色可能有小小
8、的不同,它被称为相对色温.,第2章:色度学基础,晴天,多云的天,正午的阳光,太阳升起后2个小时,太阳升起一小时后,蜡烛光,闪电,自然光,普通的灯泡,除了白色黑色和灰色，所有的颜色都有下面三种属性. 色调饱和度或色彩浓度 - 亮度值这些颜色有三种属性.色调: 区分颜色的基础之一.像红色和蓝色. 饱和度 (色彩浓度): 颜色的明亮度. 高饱和度的红显得很红而低饱和度的红则显得发灰. 亮度值 (亮度): 亮度. 高亮度的色彩是发白的低亮度的色彩则比较暗.,2. 感官色度 (1/4),颜色的三种属性,明亮,暗淡,绿,蓝,黑色,白色,颜色,色调,饱和度,亮度,第2章:色度学基础,2. 感官色度 (2/4
9、),蒙赛尔色彩系统-1,蒙赛尔色彩系统是表达色彩3种属性色调,饱和度和亮度的典型实例. 这是美国艺术家蒙赛尔于1905年发明.,蒙赛尔第一次把颜色比喻成如下的一棵树. 因此,曼塞尔色彩体系也被称为蒙赛尔树.,树干: 非彩色的颜色 (白 黑) 枝杈的方向: 色调 (各种颜色) 枝杈的位置: 亮度(亮度) 枝杈的长度: 浓度(明亮),第2章:色度学基础,5P,5B,5G,5R,5Y,曼塞尔在色相环上设置了5种颜色: R(红),Y(黄),G(绿),B(蓝）和P(紫). 另外,他添加YR(橙),YR(微黄色绿）,BG(蓝-绿),PB（篮紫)和PB(紫红色）分别作为各自颜色. 他把这十种颜色每种分成10
10、种层次,所以总共定义了100个色调. 他定义了每种色调的的第五种颜色作为标种色调. 例如, R (红) 从1R到10R共 10 层次.中间的5R是标准红色.,2. 感官色度 (3/4),蒙赛尔色彩体系2,第2章:色度学基础,蒙赛尔做了混合颜色的实验. 在颜色混合时,他在麦克斯韦磁盘上进行颜色混合的旋转.,1. 磁盘上涂有2种颜色(各一半) 2. 旋转盘片. 3. 如果是处在色相环位置上相对的2种颜色并且有相同的浓度水平,那么将会合成非彩色的颜色.,当颜色定位于像这样的一对一,一个不规则的形状产生了 : - 在亮度较高的水平下黄色会有较高的浓度. - 在亮度较低的水平下蓝色会有较高的浓度. 蒙赛
11、尔色彩系统仅给每个颜色分配一个号码,但表达一定量的色彩时并不合适. (当比较时,蒙赛尔色彩体系是一个与A4和Letter纸一样的标准而已. (但是颜色能够用mm,cm等来表示么？),2. 感官色度 (4/4),蒙赛尔彩色体系-3,第2章:色度学基础,5PB,5Y,3. RGB 色彩体系(2/2),RGB 色彩体系,RGB色彩体系用这种方法已经日臻完善.红 : 700.0nm 单色光 绿 : 546.1nm 单色光 蓝 : 435.8nm 单色光 通过合成以上的三种光,能表示所有的在380nm 到780nm可见光. 例如,600nm的单色光是与当红=0.3,绿=0.05和蓝=0.0所合成的光具有
12、相同的颜色. 右边的函数关系被称为RGB彩色适配函数，这个曲线反映了RGB的单色光的合成,和眼睛里一定波长的单色光看起来一样.当然,RGB指数在那个时候的值称为三色光谱值.,第2章:色度学基础,4. XYZ色彩体系(1/4),RGB 色彩系统的问题,RGB色彩系统最终已经完善，但是仍然存在一些问题-有一些负光谱三色值.-亮度的计算并不简单. 非常明亮青色和绿色处在负三色光谱值区域。 红色的数值被降低亮度达不到。 然后,红色被加到目标光线用于降低亮度,便于匹配. 红色加到目标中属于RGB系统中负的区域. 实际上含有负值的是不能够被合成的。 亮度的计算是困难的因为： 亮度的公式是=R+4.5907
13、G+0.0601B(R/G/B:三色值) 很难通过RGB的值来直观的判断颜色相似与不同.,第2章:色度学基础,单色光,4. XYZ 色彩系统 (2/4),XYZ 色彩系统,然后,CIE重新制定了三原色：X Y Z.X = 2.7690R + 1.7517G + 1.1301B Y = 1.0000R + 4.5907G + 0.0601B Z = 0.0000R + 0.0565G + 5.5928B,右边的图是画在横轴的上方的色彩匹配函数曲线. 所有的负值都被去掉.仅仅保留正向的部分. 这个函数曲线反映像眼中看出来的一定波长的单色光的虚拟光XYZ的合成. 被称为XYZ色彩匹配函数曲线.Y的成
14、分通过RGB色彩系统的亮度相同的公式来计算.所以从Y的组成你能知道当前的亮度.在相同的能量的环境中,对人来说最亮的颜色是550nm. .,第2章:色度学基础,4. XYZ 色彩系统 (3/4),xy 色度图-1,如果把XYZ放入图表,XYZ的三种参数成为一个3维的空间. 因为一个三维的空间在图表中的表达是不方便的.CIE决定减少参数的数量. 接着，CIE建立了新的参数x,y和z. x = X / (X+Y+Z), y = Y / (X+Y+Z), z = Z / (X+Y+Z)x,y,z与每一个XYZ三色值保持一定的比例关系.,这些公式能够建立xy的2维空间. 然而,这个图表与下面的表示相同.
15、 1) X, Y, Z = (1, 2, 3) 2) X, Y, Z = (10, 20, 30) 相同比例的颜色是一样的. 这幅图仅表示了色彩的色凋和浓度,除了亮度.这被称为xy色度图.,第2章:色度学基础,4. XYZ 色彩体系 (4/4),马蹄形弯曲部分包括轮廓那部分是光谱中最亮的颜色. 底部的直线区域是光谱中不存在的颜色称之为紫色分界线. 当然,通过测量物体的颜色,这个物体在某一温度(热辐射/黑体辐射)照耀下,你能够在色度图表上绘出温度和颜色. 这条曲线被称为黑体辐射彩色线.,xy 色度图-2,第2章:色度学基础,绿,黄,橙,红,紫,青,蓝,白,5. CIE L*u*v* 和 CIE L*a*b* (1/4),XYZ 色彩系统的问题,这个XYZ色彩系统，在这种方法下建立依然有一些问题. -色差 -色彩度 有一些特征在色度图上正好是相似的，人眼在绿色区域感觉更多地不同，超过了绿色区域的本身. 这些个椭圆放置在人眼不能够辨别的区域中，他们被称为MacAdam椭圆.理想中的是每一个椭圆是一个个有相同大小的园。 即使亮度变为双倍，人眼还是不能感受到双倍地光亮. 在从暗处有一线光和从明处有二光线给与不同感觉. 人眼感觉到了光. 但不能认为在近处的XYZ空间的色彩就是相似的,在远处的色彩就是非常的不同.,第2章:色度学基础,色彩度感觉,亮度,
