1、2/75,南京林业大学印刷工程系,第一章 色彩与视觉,1 什么是色彩 2 色彩的形成 3 光源 4 物体光谱特性 5 色彩视觉的生理基础 6 色彩的三属性 7 颜色视觉理论,3/75,南京林业大学印刷工程系,1 什么是色彩,色彩在我们的日常生活中扮演着非常重要的角色。色彩一直伴随者我们，影响着我们。不论是不同的文化，还是不同的地域，色彩都蕴含着极其深刻的意义。它能够起到指挥交通的作用，能够渲染我们的情感，还能够被用来表达事物的状态。,4/75,南京林业大学印刷工程系,丰富的大自然色彩,5/75,南京林业大学印刷工程系,姹紫嫣红的花草树木,6/75,南京林业大学印刷工程系,动物世界,7/75,南
2、京林业大学印刷工程系,缤纷的水果王国,8/75,南京林业大学印刷工程系,斑斓的色彩颜料,9/75,南京林业大学印刷工程系,人们会利用各种颜色来吸引孩子的目光。比如，各色的气球，玩具等等。,10/75,南京林业大学印刷工程系,颜色还常常被应用于繁华都市的霓虹灯。,11/75,南京林业大学印刷工程系,颜色，无处不在。漫步校园，形形色色的衣服总是映入我们的眼球。,12/75,南京林业大学印刷工程系,颜色在各个领域中有着不同的影响,美国人的色彩意向微妙而多趣，他们每一个月都有一种代表色，一月灰色，二月藏青，三月银色，四月黄色，五月淡紫色，六月粉红色，七月蔚蓝色，八月深绿色，九月金黄色，十月茶色，十一月
3、紫色，十二月红色。这些消费者的色彩心理大大引起了美国商的高度重视。,中国人更加注重颜色的喜庆与颜色给自身带来的运气，在不同地区有着不同颜色的吸引力。,13/75,南京林业大学印刷工程系,颜色，在自然界中也是很神奇的。,比如， 变色龙的皮肤会随着背景、温度的变化和心情而改变；雄性变色龙会将暗黑的保护色变成明亮的颜色，以警告其它变色龙离开自己的领地；有些变色龙还会将平静时的绿色变成红色来威吓敌人。目的是为了保护自己，免遭袭击，使自己生存下来,14/75,南京林业大学印刷工程系,生活中，还有各种各样的颜色。有的清新自然，有的色彩艳丽它们都给我们美的享受。,你们眼中的色彩是什么呢?,15/75,南京林
4、业大学印刷工程系,1 什么是色彩,16/75,南京林业大学印刷工程系,什么是色彩？这一问题困扰着一代又一代的伟大学者，只有在近300年间对着一问题才得出了科学的答案。 在不同的人心中，色彩仍然意味着不同的概念： 化学家眼中色彩是染料或者颜料，是一种化合物； 画家眼中，色彩与颜料等价，是其表达艺术情感响应的一种抽象成分； 对物理学家而言，色彩则是光源或者某种物理度量; 对大多数普通人而言，色彩总与具体的事物联系在一起而被当成事物的一种属性.,17/75,南京林业大学印刷工程系,亚里士多德,亚里士多德认为： “无论什么东西是可见的便是色彩，颜色就其本性而言，就是可见的东西。”他强调了物体与光的相互
5、作用在呈现色彩上的意义。他提出的色彩理论在西方文化里有长达2000多年的统治地位。,18/75,南京林业大学印刷工程系,牛顿对色彩学的贡献是带根本性的，他提出： “色彩是大脑对眼睛的视网膜接受光线后的响应而产生的一种感觉。” 根据牛顿所开创的色彩理论，后来科学家才在生理学和心理学领域里对色彩这种视感觉做出进一步的揭示。,牛顿,19/75,南京林业大学印刷工程系,光在制造着颜色： 光照射到物体上，经过物体反射或者透射后进入人眼，形成光刺激，并转化为神经冲动到达大脑，在大脑中形成颜色感觉。,2 色彩的形成,20/75,南京林业大学印刷工程系,颜色形成的条件:光源物体视觉系统,21/75,南京林业大
6、学印刷工程系,3.1 光的本质 3.2 光的色散 3.3 光谱功率分布 3.4 光源的色温,3 光源,22/75,南京林业大学印刷工程系,光与色的关系： 光是色的源泉；色是光的表现。光的本质：光是一种电磁辐射，肉眼所能看到的光称为可见光。,3.1 光的本质,23/75,南京林业大学印刷工程系,可见光 能在人眼的视觉系统上引起明亮感觉的电磁辐射。 （GB 5698-85） 可见光的性质： 光的物理性质由它的波长和能量决定 波长决定光的颜色 能量决定光的强度,24/75,南京林业大学印刷工程系,可见光在电磁辐射波中的位置,可见光：刺激人眼引起视觉的光辐射，波长范围为380nm 780nm。,习惯上
7、把400-500nm称为蓝光区，500-600nm称为绿光区，600-700nm称为红光区。,25/75,南京林业大学印刷工程系,三棱镜实验（牛顿）,白光,可见光谱,红色780-630nm 橙色630-600nm 黄色600-570nm 绿色570-500nm 青色500-470nm 蓝色470-420nm 紫色420-380nm,白光透过三棱镜被分解为犹如雨后彩虹一样的光带。,3.2 光的色散,26/75,南京林业大学印刷工程系,色散 白光被分解为各种色光的现象。 可见光谱 白光色散后按不同波长顺序排列而成的彩色光带。 单色光 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
8、解的光。 复色光 由单色光混合而成的光，称为复色光。 白光、太阳光、灯光、火光等均为复色光。,27/75,南京林业大学印刷工程系,光谱功率分布曲线 光源中各个波长色光的辐射功率按波长的分布。 光源的光谱功率分布决定了光源的颜色特性。 犹如人的指纹一样，每种光源都有属于自己的一条光谱功率分布曲线，绝不会与其他光源相雷同，以此作为光源在色彩上的表征。 分类 线状光谱 带状光谱 连续光谱 混合光谱,3.3 光谱功率分布,28/75,南京林业大学印刷工程系,线状光谱 由若干明显分隔的细线组成，如低压钠灯。,低压钠灯路灯,线状光谱,波长（380-780nm）,光谱功率分布,29/75,南京林业大学印刷工
9、程系,带状光谱 由一些分开的谱带构成，每个谱带又包含许多紧密的细线，如碳弧和高压汞灯的光谱。,碳弧,带状光谱,波长（380-780nm）,光谱功率分布,30/75,南京林业大学印刷工程系,连续光谱 所有热辐射光源的光谱都属于连续光谱，是最常见的一种，如太阳和白炽灯。,白炽灯光谱分布,日光光谱分布,连续光谱,31/75,南京林业大学印刷工程系,混合光谱 以上三种光谱分布的组合，如荧光灯,荧光灯,混合光谱,LED灯成为光源新宠（2014诺贝尔物理学奖，日本三位科学家）,32/75,南京林业大学印刷工程系,黑体 如果一个物体能够在任何温度下全部吸收任何波长的辐射，那么这个物体称为黑体。 黑体被加热到
10、不同温度时发出的光的颜色不同。 任一光源发出的光的颜色与黑体加热到一定温度下发出的光的颜色相比较，来描述光源的光色。,3.4 光源的色温,33/75,南京林业大学印刷工程系,黑体辐射特性 随着温度上升，辐射的主波长向短波方向移动（红-黄-白-蓝）,34/75,南京林业大学印刷工程系,黑体在不同温度下的辐射分布,35/75,南京林业大学印刷工程系,色温 色温是描述光源发出光的颜色的指标，当某光源的颜色与某一温度时黑体的颜色相同（相对光谱能量分布曲线一致）时，将黑体此时的温度称作该光源的色温。 相关色温 当某光源的颜色与某一温度下的黑体的颜色最接近时，将此时黑体物温度称为该光源的相对色温。,36/
11、75,南京林业大学印刷工程系,色温表征了光源的光谱特性，与光源温度无关，只与光源的光谱成分有关。 色温低的光源，蓝光成分少，红光成分多；色温高的光源，蓝光成分多，红光成分少。 相对光谱能量分布曲线是用系列数据或曲线图的形式来表示光源的光色，而色温却是用单一性的量值来表示一种光源的光色。,37/75,南京林业大学印刷工程系,物体与光的相互作用 当光照射到物体上时，会产生诸如透射、吸收、反射、漫射、散射、折射和衍射等许多物理现象，但是对色彩成因起主要作用的是透射、反射和吸收。 物体的分类： 反射体 当光照在物体上时，选择性反射一部分光线。 透射体 当光照在物体上时，选择性透射一部分光线。,4 物体
12、的光谱特性,38/75,南京林业大学印刷工程系,物体的呈色特性 不同物体具有不同的颜色特性，其主要因素是物体对光的吸收、反射或透射性质。反射体的颜色是由它反射的色光组分决定的透射体的颜色是由透过它的色光组分决定的,39/75,南京林业大学印刷工程系,反射体的颜色,红色的形成是由于红色物体选择性反射了白光中的长波（红色）光谱，而吸收了其他波长的光谱。,40/75,南京林业大学印刷工程系,红色板只反射红色光，其他色光被吸收。,蓝色板只反射蓝色光，其他色光被吸收。,黑色板吸收各种光。,41/75,南京林业大学印刷工程系,透射体的颜色,红色玻璃纸只透过红色光，其他色光被吸收。,白色玻璃纸透过所有光。,
13、42/75,南京林业大学印刷工程系,物体的光谱功率分布物体对各个波长色光的反射或透射功率与波长的对应关系。物体的光谱功率分布决定了物体的颜色特性。物体的颜色体现为物体反射或透射光谱的光色。,43/75,南京林业大学印刷工程系,Wavelength (nm),% Photons Reflected,光谱功率分布的起伏形态体现这种物质的呈色特征：,44/75,南京林业大学印刷工程系,5 色彩视觉的生理基础,视觉路径,光视网膜视神经脑皮层,45/75,南京林业大学印刷工程系,人眼结构,眼睛 作用 成像 感光记录 构造 屈光系统 视网膜 锥体细胞 （明视觉器官） 杆体细胞 （暗视觉器官）,46/75,
14、南京林业大学印刷工程系,锥体细胞（Cones）锥形 敏感度较低明视觉能分辨颜色（长波，中小和短波） L-cones、 M-cones、 S-cones杆体细胞（Rods） 柱形敏感度高暗视觉不分辨颜色,视网膜上有两类感光细胞：,感光细胞,47/75,南京林业大学印刷工程系,感光细胞的光谱敏感度曲线,48/75,南京林业大学印刷工程系,明视觉与暗视觉,明视觉 锥体细胞对光的敏感性差，对微弱光线不敏感；能分辨物体的细节和颜色；与视神经一对一连接输送信息；适合在明亮条件下工作（亮度3cd/m2 ）。 因为锥体细胞都分布在视网膜中央窝附近，所以正对眼睛的物体看得最清晰。 暗视觉 视杆细胞对光的敏感性高
15、，能接受微弱光线的刺激；不能分辨物体的细节和颜色，只能分辨出物体的形状和明暗；往往几十个连在一起向视神经输送信息；适合在暗条件下工作（亮度10-3cd/m2 ）。,49/75,南京林业大学印刷工程系,感光细胞分布,感光细胞在视网膜上的分布是不均匀的：锥体细胞的密度在中央凹处最大，主要集中在3视角范围内；杆体细胞在离中央凹20 的地方密度最大。,50/75,南京林业大学印刷工程系,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、饱和度来衡量。 色相、明度、饱和度是色彩三属性，也称为色彩三要素，是颜色的心理属性。 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
16、纳、排列的。,6 色彩的三属性,51/75,南京林业大学印刷工程系,色相（Hue）： 色彩的相貌和名称，是颜色最明显的特征。,色相，确切地说是依据波长来划分的色光的相貌，因为不同波长的光给人特定的颜色感受是不同的，将这种感受赋予一个名称； 如红色、黄色等，就像每个人的名字一样。 当我们称呼某一色彩时，便会联想到一个特定的色彩印象。,52/75,南京林业大学印刷工程系,柠檬黄,钛白,土黄,深红,朱红,赭石,紫罗兰,淡绿,普蓝,翠绿,湖蓝,深蓝,色相的描述，一般如大红、铬黄、翠绿、湖蓝、玫红等。,53/75,南京林业大学印刷工程系,人眼对色相的分辨力：可见光谱150种，非光谱约30种。 可见光谱不
17、同波长的辐射在视觉上就表现为不同的色相。 色相由刺激人眼的光谱成分所决定 可用光谱功率分布曲线的平均值（主波长）表示,波长,光谱功率分布,54/75,南京林业大学印刷工程系,根据有无色相属性，颜色可分为两类：非彩色系：指白色、黑色和由白色黑色调合形成的各种深浅不同的灰色。有彩色系：指红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色。,55/75,南京林业大学印刷工程系,纯度或饱和度（Saturation）： 指色彩的纯净程度（鲜艳程度）， 彩度的描述 浓、淡、深、浅 非彩色系中 没有色相感，纯度为零；有彩色系中的颜色，加入黑白色或其他色相的颜色，其纯度降低。,+,=,+,=,+,=,纯,不纯,+,=,56/7
18、5,南京林业大学印刷工程系,基本色,加白色,加黑色,高纯度,低纯度,低纯度,57/75,南京林业大学印刷工程系,饱和度越高颜色越鲜艳，饱和度越低颜色越接近中性色。 可见光中，光谱中的单色光（光谱色）的饱和度最高。 可用光谱功率分布曲线的跨波长宽度（光能量分布）表示。,波长,光谱功率分布,58/75,南京林业大学印刷工程系,明度（Brightness）： 指是人眼所能感受到的色彩的明暗程度，主要由光线的强弱程度决定。 在非彩色系中，白色明度最高，黑色明度最低； 彩色系中的颜色，加入白色，明度提高，加入黑色，明度降低。,+,=,+,=,低明度,高明度,基本色,59/75,南京林业大学印刷工程系,同
19、一色相的物体，它的颜色越接近于白色，其明度值越大，越接近于黑色，其明度值越小；,明度感觉依次升高,60/75,南京林业大学印刷工程系,对于不同色相的物体，即使光线强度相同，给人的明度感觉也各不相同。 在可见光谱中，黄色、橙黄色、黄绿色的明度较高，橙色和红色的明度居中，青色和蓝色的明度较低。,相同亮度颜色的明度感觉,61/75,南京林业大学印刷工程系,明度取决于人眼所感受到的辐射的能量 可用光谱功率分布曲线的面积（光强）表示。,波长,光谱功率分布,62/75,南京林业大学印刷工程系,色彩三属性之间的关系 三属性分别与主波长、光强及光能量分布有关，但并不是光物理属性，而是人在观察色彩时的视觉心理。
20、 三者关系： 色彩中任何一色都具备这三属性，缺一不可 这三属性是相互独立的，但不能单独存在 色彩的三属性的变化是相互联系、相互影响的 两个不同的色彩至少有一个属性不相等，只有三个属性全部相等的色彩才是完全相同的。,63/75,南京林业大学印刷工程系,用一个三维空间纺锤体可以将颜色的三属性表示出来，如图所示。立体的垂直轴自下而上代表明度黑白的变化，圆周上的各点代表单色光谱上的不同色相，从圆周向圆心过渡表示饱和度逐渐降低。,64/75,南京林业大学印刷工程系,色彩视觉理论 旨在揭示人眼能够分辨颜色的机理，来理解和解释色彩视觉现象。 分为： 三色学说 四色学说 阶段学说,7 色彩视觉理论,65/75
21、,南京林业大学印刷工程系,1801年由英国医生、物理学家托马斯杨提出，后由德国的生理、物理学家赫姆霍尔兹补充、验证。,三色学说,66/75,南京林业大学印刷工程系,内容 三色学说认为人眼视网膜的视锥细胞含有红、绿、蓝三种感光色素。当单色光或者各种混合色光投射到视网膜上时，三种感光色素的视锥细胞不同程度的受到刺激，经过大脑综合而产生色彩感觉。,根据心理学数据测得的L-cones、 M-cones、 S-cones视锥细胞的光谱曲线。,67/75,南京林业大学印刷工程系,三色学说的优点 能充分说明混色现象，及混合色是3种感光细胞按比例兴奋的结果； 在颜色测量和数值计算时，与试验理论符合； 彩色印刷
22、、摄影、电视机都是三色学说基础上建立的。,68/75,南京林业大学印刷工程系,三色学说的缺点： 三色学说最大的缺点是不能解释色盲现象。 按照三色学说，色盲是一种或几种感色细胞有缺陷导致的，但如果是这样，则色盲不仅是色盲，而且也看不见白色。 不能解释颜色感觉对立现象。如没有偏黄的蓝，没有偏红的绿。,69/75,南京林业大学印刷工程系,1878年赫林提出的四色学说，也称对立色学说。,四色学说,70/75,南京林业大学印刷工程系,依据 有些颜色看起来是单纯的，有些颜色看起来是混合的，红、绿、蓝、黄是单纯的； 找不到偏绿的红或偏蓝的黄，红-绿、黄-蓝是对立的，混合后只能得到灰或白。 内容 视网膜中存在
23、红绿、黄蓝、黑白三种对立感色机制； 每一对立机制中的建设（同化）和破坏（异化）作用会产生不同的色觉。三对对立感色机制对光的反应形成了各种颜色。,71/75,南京林业大学印刷工程系,左图为对立色学说的视素代谢作用： 对红/绿视素,红光起破坏作用，绿光起建设作用； 对黄/蓝视素,黄光起破坏作用，蓝光起建设作用； 每一种颜色不仅影响其自身视素的活动，也影响黑/白视素的活动。,72/75,南京林业大学印刷工程系,四色学说的特点 优点： 能很好的解释色盲现象，红绿色盲缺少红-绿视素，黄蓝色盲缺少黄蓝视素。 缺点： 没有办法解释三原色可以产生一切颜色的现象； 视网膜中不存在三种对立物质。,73/75,南京
24、林业大学印刷工程系,阶段学说把三色学说和四色学说统一在一起。 现代神经心理学指出，视网膜中确实存在三种能感受不同波长光的锥体细胞 对视网膜和神经传导通路研究中发现神经系统可以发出三种反应：光反应（L）、红-绿反应（R-G）、黄-蓝反应（Y-B）。,阶段学说,三色感受,四色传导,阶段学说,中枢处理,74/75,南京林业大学印刷工程系,阶段学说认为颜色视觉过程可以分成几个阶段： 第一阶段，视网膜的锥体感受是一个三色机制； 第二阶段，在神经兴奋由锥体感受向视觉中枢的传导过程中，形成四色机制； 最后阶段发生在大脑皮层的视觉中枢。在这里产生各种颜色感觉。,75/75,南京林业大学印刷工程系,阶段学说的示意图,
