色彩学第1章 光与色觉(1)

第一章第一章 光与色觉光与色觉第一节第一节 光的颜色特性光的颜色特性1 1 光与色觉光与色觉第一节第一节 光的颜色特性光的颜色特性n色与光的关系色与光的关系n光的本质光的本质n相相对光谱能量分布对光谱能量分布n色光加色法色光加色法1.色与光的关系色与光的关系n色彩是自然界客观存在的一种物理现象，是光线作用与物体后所产生的不同吸收、反射或透射的结果。n色彩是人对眼睛视网膜接收到的光作出反应,在大脑中产生的某种感觉。n众所周知,我们所见到的大部分物体是不发光的,如果在黑暗的夜里,或者说是在没有光照的条件下,这些物体是不能被人们看见的,更不可能知道它们各是什么颜色。人们之所以能看见色彩,是因为来自发光光源,如太阳、电灯光、烛光、火光等;或是发光光源的反射光,即发光光源照射在非发光物体上所反射的光,如月亮、建筑墙面、地面等,再散射到被观察物体上所致。由此可见,光和色是分不开的,光是色的先决条件,反映到人们视觉中的色彩其实是一种光色感觉。n色觉简单来讲就是色彩感觉，是人的颜色视觉特性。色觉是受大脑支配的一种感觉机能，是人类认识颜色和辨别颜色的能力。色彩是与人的感觉（外界的刺激）和人的知觉（记忆、联想、对比）联系在一起的。色彩感觉总是存在于色彩知觉之中，很少有孤立的色彩感觉存在。所以说色觉并不是客观存在的，它不仅与物体本身的颜色特性有关，而且还受时间、空间、周围环境的影响。n一个正常色觉必须同时具备4个条件时才能实现n1、光源。颜色是光作用与物体后的结果，没有光就没有颜色。n2、物体。n3、眼睛。n4、大脑。具有功能正常的视觉器官和大脑，这样我们才能有正确分析，正确辨色的能力。2.光的本质光的本质光的定义 众所周知，宇宙之间存在着电磁波，迄今为止发现的最短的电磁波是10-12nm，最长的波长是108nm，nm表示纳米，1纳米=10-9m。n电磁波的分布及命名如下图所示：n光是能量的一种形式,是一种电磁辐射能。我们肉眼所能看的光线称为可见光。可见光的振幅大小产生明暗的变化,光波的长短产生光色的区别。n光波长在380780纳米之间的为可见光,即用三棱镜分解太阳光形成的光谱,红色光的波长最长,紫色光的波长最短,相应地在色彩中,红色传递的讯息最远,而紫色传递的讯息最近。因此波长在380纳米以外,可使人体皮肤变黑的光线称之为紫外线,波长在780纳米以外,能产生热量的光线称之为红外线。另外,在不可见光中还有可以透过物体(金属除外)的X光线、迦玛线、有辐射作用的电磁波等其他射线,这些都是肉眼看不见的光,要通过仪器才能观测。可见光谱光的性质n1、光的波动性。光以横波的形式进行传播，其速度是每秒30万千米。光具有绕射、折射、反射、散射等波动性n2、光的量子性，由普朗克提出。光是以c速度运动的粒子流，称为光子，（看上去是光，实际上是由一组一组的光子组成的），每一个光子都有一定的能量，其公式为：Ehn 式中h是一个常数，为普朗克恒量（6.62410-27尔格秒）。表示光的频率（=c/）c表示光速，为3108m/sec，表示波长。则公式为：Ehc，称普朗克光量子能量公式。n波长越短，频率就越高，光子的能量就越大，紫外线波长短，红外线波长长，所以紫外线的能量比红外线的能量要大。光的色散光的色散n我们生活在一个五光十色、色彩缤纷的世界中,各种物体、烟火、彩色电视的画面、天空和落日等都呈现出不同的色彩,光怎么会有不同的颜色呢?n在可见光谱范围内，不同波长的辐射能引起人的不同颜色感觉，这在1666年英国科学家牛顿的三棱镜分析日光实验中已得到证实。n牛顿发现，当太阳光通过一个三棱镜后再投射到一块白色的屏幕上时，白色的太阳光变成有如雨后彩虹一样的光带。光带颜色的变化是逐渐过渡的，但有些部分的变化显著，颜色差别较大，由上而下呈红、橙、黄、绿、青、蓝和紫七色排列（见右上图）n反过来，如果在光线分散的途中加一块凸透镜,使分散的光线集中,集中的一点又成为白色光。棱镜白光光的色散示意图n日光中含有不同波长的辐射能，当他们混合在一起并同时刺激人眼时，形成白色的感觉，而当白色的日光通过三棱镜时，因日光种不同波长光的折射系数不同，折射后投射在白屏幕上的位置也不同，从而形成色光带。n这种白光被分解成各种色光的现象称为“色散”。n白光色散后按波长顺序排列而成的彩色光带称为“可见光谱”。n图中色散光谱的位置离开了白光投射方向而偏向棱镜的底侧。其中，紫色折射系数最大，偏离最大；红色折射系数最小，偏离最小。n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解的光称为“单色光”，也称为“光谱色”。也可以让三棱镜折射出来的一种色彩的光再经过三棱镜,它不能再发生色散,称这种色光单色光。n由单色光混合而成的光称为“复合光”。白光就是一种复色光，大自然中的太阳光、火光，以及人造光源荧光灯等发出的光都是复合光。n一个颜色的光可以是单色光，也可以是复合光。太阳光谱中波长与光色的关系光色光色波长（波长（nm）主波长主波长红红780-630780-630700700橙橙630-600630-600620620黄黄600-570600-570580580绿绿570-500570-500550550青青500-470500-470500500蓝蓝470-420470-420470470紫紫420-380420-3804204203.3.相对光谱能量分布相对光谱能量分布光源光阑透镜棱镜光源透镜光阑光阑分光辐射度计原理图光谱密度（光谱密度（spectral concentration）:在以波长 为中心的微小波长范围内的辐射能与该波长的宽度之比。/)(nmWddcc光谱密度表示了单位波长区间内辐射能的大小。光谱分布（光谱分布（spectral distribution）:光谱密度与波长之间的关系。n光谱功率（能量）分布光谱功率（能量）分布：指光源的光谱辐射功率（能量）按波长的分布。n绝对光谱功率分布曲线绝对光谱功率分布曲线：以波长为横坐标而以光源辐射的各种波长光能量绝对值为纵坐标所作的曲线。n相对光谱功率分布曲线相对光谱功率分布曲线：令光谱分布能量的最大值为“1”，将光源辐射光谱的其他各种波长的能量与之比较，作归一化处理以后，使辐射功率仅在规定的范围内变化。n相对光谱功率分布相对光谱功率分布：用任意值表示的光谱功率分布n光源的相对光谱辐射功率（能量）决定了光源的颜色特性或者说光源颜色特性取决于在发出的光线中不同波长的相对能量比例。白炽灯的相对光谱功率分布曲线连续光谱相对辐射分布曲线线状光谱相对辐射分布曲线n 知道了光源的相对光谱能量分布，就知道了光源的颜色特性。反过来说，光源的颜色特性，取决于在发出的光线中，不同波长上的相对能量比例。n 白炽灯光荧光灯光日光红宝石激光4005006007008040140S()160波长（nm）相对能量等能白光 S()=C(常数)4.色光加色法色光加色法n光的三原色光的三原色 n光加色混合光加色混合 n色光加色法的类型色光加色法的类型 n色光混合规律色色光光混合混合色光色光三三原原色色(三原色的确定三原色的确定)n色光三原色 n据牛顿的散色实验，白光经过一个三棱镜时会形成赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫的色谱带，这说明白光是一种复合光，可以被分解。1.从物理刺激方面，三种色，蓝、绿、红在光谱中波长范围最宽，最鲜明，最突出 2.另一方面，由于色彩的形成与人眼有关，根据解剖学知道人眼的视网膜上存在3种分别对蓝、绿、红产生感觉的视神经，当上面的3种光线进入人眼后，视神经受到刺激而感觉到了色，这也就是说，人眼所看到的颜色都与蓝、绿、红3种光线有关。3.实验证明，自然界几乎所有的颜色都可以根据蓝、绿、红3种成分的不同比例来再现。所以在色彩学上，我们把蓝、绿、红称为色光三原色。n利用这三种波长的光就可合成自然界中的一切色彩，也就是说，物体的不同色彩只是包括了不同比例的蓝、绿、红三种光的合成。这就是色光加色法。色色光光混合混合色光色光三三原原色色n两种或两种以上的色光相互混合时，能够获得另外一种色光的方法，人们称之为色光加色法。n当三原色光蓝、绿、红相等量两两进行混合时，可以分别得到亮度较高的青青（C）、品红（品红（M）、黄（黄（Y），当蓝、绿、红三者等量相加时便得到了白色（W），其颜色方程如下：BG=C、B R=M、GR=Y、BGR=W。n在上面的各个颜色合成方程中，只要改变其中任何一种原色光的比例便可得到自然界中的一切颜色。n印刷上就是充分利用色光三原色的特性，利用三种分别只能通过蓝、绿、红三色光的滤色片以实现对原稿上所有颜色的分解。色色光光混合混合三原色三原色的的波长波长和和色相色相 n（1）光谱中波段范围n红：600700nmn绿：500600nmn蓝：400470nmn（2）CIE制定了色光三原色的色相和波长n红 R 700nm 系大红色，带有微黄n绿 G 546.1nm 鲜绿色，不带任何其他颜色倾向n蓝 B 435.8nm 略带红色，俗称蓝紫色n（3）亮度比例nR:G:B=1:4.5907:0.0601R:G:B=1:4.5907:0.0601光光加加色色混合混合1定义：由两种以上的色光混合呈现另一种色光的效应。2色光加色法的实质由光源发出的不同色光直接混合时，混合色的光通量等于各组成色的光通量之和，满足亮度相加定律，混合后的亮度比混合前的每一色光的亮度还亮，所以色光相加，能量相加，越加越亮。3色光混合规律 (1)等量混合R+G=Y R+B=M G+B=C R+G+B=W+=+=+=+=+光光加加色色混合混合 (2)不等量混合 红与绿可得橙、黄、黄绿 红与蓝可得品红、红紫 蓝与绿可得绿蓝、青、青绿光 (3)互补色：凡两种色光相加，呈现白色光对这两种色光互为补色 R+C=W G+M=W B+Y=W+=+=+=色光加色法的类型色光加色法的类型视觉器官外混合视觉器官外混合n色光加色的成色现象是各种不同色光在人们视觉器官中同时产生兴奋而产生的色觉。n1视觉器官外混合（色光直接混合）n（1）定义：在光源发射光波过程中的直接混合呈色现象，称为现象，称为“色光直接混合”。n（2）特点：在进入人眼之前各色光说已经加在一起，所以又称为“视觉器官以外的色光混合”。n（3）色光直接混合会引起亮度的增加，混合后色彩的亮度是原来各色光的亮度之和。色光加色法的类型色光加色法的类型视觉器官内的加色混合视觉器官内的加色混合n2视觉器官内的加色混合（色光间接混合）n（1）定义：指参加混合的各单色光在人们视觉器官中同时产生兴奋而产生色觉。n（2）静态混合n 定义：处于静态下两种以上并列颜色反射的色光，同时作用于人眼产生综合色光的过程，由于这种色光混合受空间距离影响，所以也称为“空间混合”。n 条件：不同色点的面积要很小色点与色点的距离很近，色点的面积虽然较大，但观察的距离要远。n即只有在小视角的情况下才能产生色的空间混合。色光加色法的类型视觉器官内的加色混合n（3）动态混合n 定义：由两种以上色光迅速交替地作用于人的视觉器官从而产生综合色觉的过程也称为色的相继混合。n 原理：以人眼的视觉暂留现象为基础。n视觉暂留：当看到物体消失后，它的形状和颜色仍会在视网膜上保持1/10秒时间的现象n例：麦克斯韦色盘 动画片。色光加色法的类型视觉器官内的加色混合n（4）静态混合与动态混合比较 在视觉器官内进行色光混合的成色现象只能观察到各色块的平均明度。主要区别：不同色光对于人眼的刺激方式与刺激时间不同 静态混合是处于静态的色光反射到人眼内，几种色光同时作用于人的视网膜。而动态混合则是处于运动状态的几种色光先后并连续刺激人的眼睛，从而使人产生综合色觉。第一章第一章 光与色觉光与色觉第二节第二节 物体的光谱特性物体的光谱特性第二节 物体的光谱特性 1.透射 i)()()(i光谱透射率（比）i光透射率（比）2.光吸收朗伯定律：朗伯定律：在一定波长下，光的吸收量与吸光材料的厚 度成正比。比耳定律：比耳定律：在一定波长下，光的吸收量与吸光材料的浓度成正比。朗伯比耳定律：朗伯比耳定律：clalgDi1lgD 或入射光通量透射光通量吸收物体的分子消光指数（与吸收物体的分子结构有关，与照射波长有关）介质厚度介质浓度(单位体积内含色料的数量)光透射密度选择性吸收选择性吸收：白光照射在物体上，由于物体吸收了部分波长色光使物体呈色的现象。原因：a =f()特点：吸收补色光3.反射 )()()(i光谱反射率（比）i光反射率（比）)()(lg)(1lg)(Dlg1lgDii光谱反射密度、光谱反射密度：非选择性吸收非选择性吸收：物体表面对白光中光谱各波段的辐射能做等量吸收，则反射（或透射）光各波长的辐射能均做等量减少，而光谱组成比例不变。510%,黑色1070%，灰色70%，白色4.物体呈色机理及影响因素物体呈色机理及影响因素（一）物体色（一）物体色 物体本身不发光，而是从被照射的光里选择物体本身不发光，而是从被照射的光里选择性吸收了一部分光谱波长的色光，而反射（或透性吸收了一部分光谱波长的色光，而反射（或透过）剩余的色光，我们所看到的色彩是剩余的色过）剩余的色光，我们所看到的色彩是剩余的色光，这就是物体的颜色，简称物体色。光，这就是物体的颜色，简称物体色。（二）固有色（二）固有色 物体在标准日光下的颜色。又称为记忆色。物体在标准日光下的颜色。又称为记忆色。物体呈色机理及影响因素物体呈色机理及影响因素（三）光源色对物体颜色的影响（三）光源色对物体颜色的影响光源所呈现的颜色为光源色。光源所呈现的颜色为光源色。1）亮度亮度的变化的变化（物体的固有色在入射光亮度适中的时候表现物体的固有色在入射光亮度适中的时候表现最充分。太亮的强光会使固有色变浅，太暗则会使固有色灰最充分。太亮的强光会使固有色变浅，太暗则会使固有色灰暗乃至消失。）暗乃至消失。）2）距离距离的变化的变化3）光传播媒质光传播媒质的变化的变化 光源色对物体色的影响主要表现在物体的光亮部位。不光源色对物体色的影响主要表现在物体的光亮部位。不同光源色对物体色彩变化的影响各不相同，大致以红光最强，同光源色对物体色彩变化的影响各不相同，大致以红光最强，白光次之，再次为绿，蓝，青，紫等白光次之，再次为绿，蓝，青，紫等物体呈色机理及影响因素物体呈色机理及影响因素4）环境色环境色对物体颜色的影响对物体颜色的影响 环境色对物体色的影响在物体的暗部表现的比较明环境色对物体色的影响在物体的暗部表现的比较明显。环境色对物体颜色的影响取决于环境色的强弱，临显。环境色对物体颜色的影响取决于环境色的强弱，临近物体与被观视物体的距离，被观视物体表面粗糙程度近物体与被观视物体的距离，被观视物体表面粗糙程度和颜色等性质。和颜色等性质。物体的基本颜色特征是固有色，但由于光源色与环境物体的基本颜色特征是固有色，但由于光源色与环境色的影响使物体表面的色彩丰富多变，在特定的光源与环色的影响使物体表面的色彩丰富多变，在特定的光源与环境下物体呈现的颜色称为境下物体呈现的颜色称为条件色条件色。5.色料减色法色料减色法n色料色料n色料三原色色料三原色n色料减色法色料减色法n色料减色法类型色料减色法类型色料色料n色料：凡是涂染后能够使无色的物体呈色、有色的物体改变颜色的物质。分为染料和颜料。n减色混合：不同色料经混合后吸收的光波增加而体现颜色的反射光波被减少了，这种混合称为“减色混合”。色色料料三原色三原色n一、色料三原色的确定na.只有吸收少、透过或反射光谱较宽波长范围的色料才有希望作基本的原色料而调出多种颜色。nb.用Y、M、C三种色料两两混合可得R、G、B。nc.色料混合实验结果：以Y、M、C三种色料为基础，以任意两色或三色按不同比例混合，可以调配出的色域最大。nd.自然界中任何其余色料都无法混合出YMC三种颜色。n二、色料三原色的色相及代号nA.理想三原色波长 Y 572.5nm M-500.3nm C 482nm 谱外色品红没有自己的主波长，它的波长绝对值是其补色光的波长，前加“-”表示。nB.代号 Y为（-B）M为（-G）C为（-R）黄色料从白光中选择性吸收了蓝色，称为减蓝色（-B），品红色料从白光中选择性吸收了绿色，称为减绿色（-G），青色料从白光中选择性吸收了红色，称为减红色（-R）。C.实际色料三原色油墨 应该反射的色光和该吸收的色光都不能彻底，结果造成色料的颜色亮度低，饱和度小，色调不纯正，并且不鲜明。色色料料减色混合减色混合n减色法混合即色料混合，也称第二混合。n1）色料的混合：是指从复色光中减去（吸收）一种或几种单色光从而使色光逐渐减弱乃至消失。减色法：从复色光中减去一种或几种单色光呈现另一种颜色的减色方法。n2）色料呈色原理：减色法原理 各种彩色物体呈色原理同样是减色法原理，两种以上色料混合调出新颜色也属于减色法原理。n3）色料减色法实质 色料的选择性吸收，使得色光能量削弱，由于色光能量降低，新颜色的明暗程度就会降低而趋于深暗。（色料相加，能量减弱，越加越暗。）n4）色料混合规律 Y+M=R,Y+M=W-B-G=R Y+C=G,Y+C=W-B-R=G M+C=B,M+C=W-G-R=B Y+M+C=BK色色料料减色法类型减色法类型n1）透明色彩层的叠合 A.色料的叠合：两种或两种以上具有透明性质的色彩层重叠在一起呈现新颜色的成色方式。B.透明色层包括滤色镜和透明涂料层。C.彩色印刷中，不同颜色的油墨层或网点互相重叠形成丰富的色彩变化。n2）色料调和：两种或两种以上的色料，用水油等连接料放在容器中搅拌，得到新的颜色，这种混合方式称为“色料调和”，简称“调色”。A.原色：色料调和中的原色为Y.M.C，称为“一次色”。B.间色：两种原色料相混合得到的颜色。（1）等量混合 Y+M=R,Y+C=G,M+C=B （2）不等量混合 色相偏向比例大的原色nC.复色：三种原色料混合形成的颜色。（1）三种原色混合 a.等量混合，可得黑色或灰色 b.不等量混合，可得一系列的复色 C减=Y+M+C （2）原色和间色混合 可得复色 （3）间色和间色混合 可得复色 （4）原色和黑色混合 可得较暗的复色n在光源不变的情况下，两种或多种色料混合后所产生 新色料，其反射光相当于白光减去各种色料的吸收光，反射能力会降低。故与加色法混合相反，混合后的色料色彩不但色相发生变化，而且明度和纯度都会降低。所以混合的颜色种类越多，色彩就越暗越浊，最后近似于黑灰的状态。n人们平时在绘画、设计、染色、粉刷中的色彩调合，都属减色法应用。加色法加色法与与减色法减色法的的关系关系n一、共同点：一、共同点：n1）加色法与减色法都属于颜色混合的方法，都与色光有关系，也都有能量变化，加色法是色光相加，减色法是色光被减弱。n2）加色法和减色法都有自己的三原色。n3）加色法和减色法共有相同的互补关系。n二、区别第一章第一章 光与色觉光与色觉第三节第三节 视觉的生理基础视觉的生理基础n视觉的形成视觉的形成n视觉的特性视觉的特性第三节第三节 视觉的生理基础视觉的生理基础一一.视觉的形成视觉的形成n人眼的构造n形象的形成n眼睛等于捕捉光线的摄影机，而大脑是组成影像的机构。n所有的色彩视觉都是建立在人的视觉器官的生理基础上的，所以研究色彩还必须了解视觉器官的生理特征及其功能。1.人眼的构造人眼的构造人眼的构造人眼的构造n人眼的构造相当于一架摄像机或照相机。前面，是由角膜角膜、晶晶状体状体、前房前房，后房后房、玻璃体玻璃体所共同组成的具备镜头功能的组合，把物体发出的光线聚焦到后面的相当于胶卷的用于检测光线的视网膜上。人眼的构造人眼的构造n人眼的形状像一个小球，通常称为眼球。n眼球内具有特殊的折光系统，使进入眼内的可见光汇聚在视网膜上。视网膜上含有感光的视杆细胞和视锥细胞，这些感光细胞把接受到的色光信号传到神经节细胞，再由视神经传到大脑皮层枕叶视觉神经中枢，产生色感。n眼球壁有三层膜组成。外层是坚韧的囊壳，保护眼睛的内部，称为纤维膜，它的前1/6为角膜，后5/6为白色不透明的巩膜，中层称葡萄膜（或血素层、血管层），颜色像黑紫葡萄，由前向后分为三部分：虹膜、睫状体和脉络膜。内层为视网膜，简称网膜。人眼的构造人眼的构造眼眼球球人眼的构造人眼的构造角角膜膜n角膜角膜(cornea)(cornea)：如同相如同相机的滤镜机的滤镜n眼球最前端是透明的角膜，它是平均折射率为1.336的透明体，后端为白色不透明的巩膜，俗称眼白，微向前突出，曲率半径前表面约7.7毫米，后表面约6.8毫米，光由这里折射进入眼球而成像。人眼的构造人眼的构造晶晶状状体体n晶状体，水晶体晶状体，水晶体 (lens)(lens)：如如同相机的变焦镜头。同相机的变焦镜头。n晶状体在眼睛正面中央，光线投射进来以后，经过它的折射传给视网膜。所谓近视眼、远视眼、老花眼以及各种色彩、形态的视觉或错觉，大部分都是由于水晶体的伸缩作用所引起。n它像一种能自动调节焦距的凸透镜一样。晶状体含黄色素，随年龄的增加而增加，它影响对色彩的视觉。因为人眼晶体结构的生理构造，只能产生一个焦点，而不能同时把视线停留在两处或两处以上的地方。人眼的构造人眼的构造黄斑黄斑与与盲点盲点 n黄斑是网膜中感觉最特殊的部分，黄斑是网膜中感觉最特殊的部分，稍呈黄色。稍呈黄色。n色觉之所以有很大的个人差异与黄斑是有关系的，位置刚好在通过瞳孔视轴所指的地方，即视锥细胞和视杆细胞最集中的所在，是视觉最敏锐的地方。我们看到物体最清楚时，就是因为影像刚好投射到黄斑上的缘故，黄斑下面有盲点，虽然是神经集中的部位，但缺少视觉细胞，不能看到物体影像。n盲点(blind spot)：视神经与眼球的接点，该处无视细胞所以无法感光。人眼的构造人眼的构造视视网网膜膜n视网膜视网膜 (retina)(retina)：如同底片或如同底片或CCDCCD。n视网膜是视觉接收器的所在，它本身也是一个复杂的神经中心。n眼睛的感觉为网膜中的视杆细胞和视锥细胞所致。视杆细胞能够感受弱光的刺激，但不能分辨颜色，视锥细胞在强光下反应灵敏，具有辩别颜色的本领。在中央凹处之内，只有视锥细胞，很少或没有视杆细胞。在网膜边缘，靠近眼球前方各处，有许多视杆细胞，而视锥细胞很少。某些动物（如鸡）因视杆细胞较少，所以在微光下，它们的视觉很差，成为夜盲。也有些动物（如猫和猫头鹰）因视杆细胞很多，所以能在夜间活动。人眼的构造人眼的构造视视网网膜膜n视网膜主要由三层细胞构成。n最外层是视锥细胞和视杆细胞，它们是构成视觉通路的第一级神经元。n中间层为双极细胞层，可分为三种：侏儒型侏儒型、杆状型杆状型和扁平型扁平型双极细胞层，双极细胞的两极突起，一极与视细胞相连接，而另一极与神经细胞相连接。在中间层还有少数水平细胞和无足细胞。n最内层靠近玻璃体的细胞为神经节细胞。神经节细胞分为两种，即侏儒型和弥散型，它们是视觉通路的第三级神经元，神经节细胞的轴突组成视神经，穿过眼球后壁进入大脑。人眼的构造人眼的构造视视网网膜膜人眼的构造人眼的构造视视网网膜膜n视觉器官的两重功能:明视觉与暗视觉n1视锥细胞与明视觉na视锥细胞特性：包含感红，感绿，感蓝细胞主要感受颜色的差别，而对明暗的感觉比较低，对光的敏感性小，只有达到一定照度的情况下，视锥细胞才起作用。nb明视觉：指在光亮的条件下，由锥体细胞起作用的辩认物体细节和颜色的视觉。n2视杆细胞与暗视觉na.视杆细胞特性：感受物体的明暗，对光的敏感程度高，不能感受物体颜色的差别。nb.暗视觉：指视杆细胞的活动特性，可以在光线很暗的情况下工作，不能反映色光的差异。人眼的构造人眼的构造视视网网膜膜n 3明暗视觉特点：na明视觉对400nm（紫色）和700nm（红色）附近的色光感受性很低，而对555nm的黄绿色部位最敏感。暗视觉对507nm的蓝绿色部位最敏感nb明视觉曲线与视觉曲线之间没有联系 明暗视觉特性随人的年龄，性别等因素的变化而变化。人眼的构造人眼的构造视神经与中心窝 n视 神 经 (o p t i c nerve)：将收集到的光线转化为脉冲传向大脑，如同光纤。n中心窝(fovea)：视细胞最密集之处，为视线投影到网膜上的焦点。这一小凹是视觉最敏锐的地方。n眼皮(eyelid)：如同相机的快门 人眼的构造人眼的构造你你知道知道吗？吗？1、色盲形成的原因n眼睛之所以能辨识颜色，是由于眼睛存在三种能辨色的椎状细胞，这三种椎状细胞分别能吸收不用波长范围的光，分别是蓝-紫、绿色、红-黄。当椎状细胞受到损伤或发育不全时，就有可能造成色盲。n以发生原因来分，色盲可分为先天性色盲先天性色盲和后天性色盲后天性色盲。n先天性色盲多为红绿色盲红绿色盲，对于红绿辨色有障碍。n后天性色盲的发生原因可能与视网膜、视神经病变有关，例如外伤、青光眼。2、色盲分类：部分色盲、全色盲n部分色盲：部分色盲：大致可分为红绿色盲和蓝黄色盲，可利用石原氏色盲检测图来做检测。n红绿色盲n蓝蓝黄黄色盲色盲人眼的构造人眼的构造你你知道知道吗？吗？n全色盲全色盲n全色盲是指眼球中椎状细胞缺少，或无作用，仅能依靠眼球中杆状细胞来感受视觉影像光线的强弱。其视觉所见的景像只有灰阶的色阶分布，眼睛对于亮度非常敏感，在白天的室外需戴上深色的太阳眼镜保护眼睛。n一般社会上存在的全色盲非常少，但在大西洋上的平格拉普岛(Pingelap)和彭培岛(Pohnpei)上却有极高的比例为全色盲，因为岛上的基因库小，难以避免近亲繁殖，至使岛上全色盲的比例高于全世界其他地方的三万分之一，平格拉普岛人口约七百人，全色盲的比例高达十二分之一，这种造成全色盲的基因叫作马斯肯基因，岛上约有三分之一的人为带因者。3、色盲患者在职业的选择上会受到限制，特别是美术、医学、化工等性质的工作，需要依赖大量的辨色能力，在就学与在职训练时就常因体检结果而被拒绝。但在文学、史学、法律等方面就较不受限。n许多交通号志常用红绿来表示，对于色盲患者，可教导他们依亮灯位置来辨识。人类的视觉机能：n杆状细胞杆状细胞：对光线的 明暗 有感应n锥状细胞锥状细胞：含有感受 红、绿、蓝 光三原色的细胞一般人眼中的草莓一般人眼中的草莓红绿红绿色盲者眼中的草莓色盲者眼中的草莓2.形象的形成n正常人的眼睛，在适当的照度下，观看250mm距离的物体最清楚而且最省力，不易疲劳，人们把这一距离称为“明视距离”。n视觉与年龄：视觉发生于出世后约一个月左右，大致一年以后即可对所有色彩具备完全感受能力。随年龄的增长（大约30岁开始）其效力日趋衰退（50岁以后特别明显）。二二.视觉的特性视觉的特性n视觉功能n视觉的特性1.视觉功能视觉功能视视角角n视觉功能视觉功能是人们借助视觉器官完成一是人们借助视觉器官完成一定的视觉任务的能力。定的视觉任务的能力。n衡量指标：视觉区别物体细节的能力，辩认对比的能力。n一视角一视角n视角：物体大小对眼睛所形成的张角。视角：物体大小对眼睛所形成的张角。n1）视角的大小与物体的距离成反比，与物体的大小成正比。n2）具有正常视觉的人能够分辨物体空间两点间所形成的最小视角为1，1=0.00029弧度。n3）视角的大小决定了视网膜上像的大小，而视网膜上像的大小又决定了人们视觉的清晰度。如图中的a。同一物体，离人越近，视角越大，离人越远，视角越小。AbDS物体的大小视距物体的像22tgD2A2tg)(bS3.57)(bS)(DA3.57)(DA度弧度或度弧度)mm17b()mm(DA17tg17S视觉功能视觉功能视视角角不同物体在跟人眼相同距离时，物体越大，则不同物体在跟人眼相同距离时，物体越大，则视角越大，物体在视网膜上成的像越大。视角越大，物体在视网膜上成的像越大。视觉功能视觉功能视视觉觉敏锐度敏锐度n二视觉敏锐度二视觉敏锐度n1）视觉敏锐度：人们使用视觉器官辩认外界物体的敏锐程度。表示视觉辩认物体细节的能力，在医学上称为“视力”n2）眼睛能够分辨两个点的最短距离，为眼睛的分辨力 由视网膜上黄斑处视锥细胞的直径决定得到正常人眼的视角鉴别能力为1130”n3）视觉辩认物体细节的能力与观察距离有很大关系 视觉敏锐度（V）以视角进行计算，是视觉所能分辨的视角的倒数。V=1/（单位为分）n 平时我们说的视力1.0，就是说，在规定的距离下，人的眼睛能够分辩角度为1/60度（1)的物体的细节。n 目前，我国已经不使用小数表示视力，而采用5分法表示视力。5分法表示法的视力表示为 V=5-lg()视觉功能视觉功能视场视场n三视场三视场n视场：视角所对应的圆面积，称为视场。例如：当观察距离D=205mm，视角=10时，所对应的视场半径r为：n同理可得观察视距为250mm时，1、2、4视角所形成的视场半径分别为：2.19，4.36，和8.72)(9.21)210(25022mmtgtgDAr视觉功能视觉功能对比辨认对比辨认n四、对比辨认四、对比辨认 被观察物体的亮度相对于背景亮度的差别称为对比度，对比度的定义为：背景背景物体LLLC 物体与背景亮度的差别越大，对比度就越大，而对比度越大，眼睛对物体的分辨能力就越强。前面所说的视力，都是在对比度很高，接近于1的情况下测量的。视觉功能视觉功能照明条件与视力的关系照明条件与视力的关系n五、照明条件与视力的关系 视力与物体照度的关系见书P17图1-17。在通常的照度条件下，照度越高，视力就越好。在检查视力时，也必须在足够高的照度下进行，如果照度不够，则会造成视力检查的不准确。检查视力时规定视力表的照度在500-1000lx。视觉功能视觉功能视觉功能曲线视觉功能曲线n六、视觉功能曲线 视力、照明条件和物体对比度三者之间的相互关系成为视觉功能曲线。（见P17图1-18）从图中曲线可以看出，在保持分辨视角不变的条件下，物体的对比度越低，就需要越高的照度来维持相同的分辨角度或视力。在检查印刷品质量和分辨颜色时，通常都要在较高的照明条件下进行。2.视觉的特性视觉的特性n光波是一种辐射能光波是一种辐射能n通常，光通亮越大，人感觉光越明亮。但这是对同一种光波而言。光辐射能量相同但波长不同的色光，无论是明视觉还是按视觉，其产生的明亮程度是不相同的。也就是说，人眼对可见光谱内的不同波长辐射具有不同的感受性。有的色光人眼感觉明亮有的色光人眼感觉明亮，有的有的比较暗。比较暗。视觉的特性视觉的特性光谱光效率函数光谱光效率函数n 为了了解光谱各个部分的不同视觉效果，科学家测量了眼为了了解光谱各个部分的不同视觉效果，科学家测量了眼睛对等能光谱不同波长光的视觉感觉性。测量方法是将光谱上睛对等能光谱不同波长光的视觉感觉性。测量方法是将光谱上不同波长的光与一个标准光在明度上匹配，然后测量出这个波不同波长的光与一个标准光在明度上匹配，然后测量出这个波长所需的能量。长所需的能量。n光谱光效率函数n1 1等能光谱：一个光谱上各个波长的单色光辐射能量是相等的。等能光谱：一个光谱上各个波长的单色光辐射能量是相等的。n明视觉曲线V()：明视觉的等能光谱相对明度曲线的简称。n暗视觉曲线V()：暗视觉等能光谱相对明度曲线nV()和V()的相对值代表等能光谱波长为的单色光辐射引起的明亮感觉的程度。n2 2光谱光视效率：代表等能光谱波长光谱光视效率：代表等能光谱波长为为的单色光辐射引起的的单色光辐射引起的明亮感觉的程度。明亮感觉的程度。n光谱光视效率光谱光视效率（视见函数）：眼睛的敏感度随波长变化的关系。视觉的特性视觉的特性光谱光效率函数光谱光效率函数 在明光条件下，眼睛对波长在明光条件下，眼睛对波长555nm555nm的黄绿的黄绿光部分感受性最高，即这个波长的光只需要较光部分感受性最高，即这个波长的光只需要较小的能量就能与标准光的明度相匹配。也就是小的能量就能与标准光的明度相匹配。也就是说明是绝对光谱的黄绿色光部位最敏感。说明是绝对光谱的黄绿色光部位最敏感。而暗视觉对光谱的蓝绿色部位即而暗视觉对光谱的蓝绿色部位即507nm507nm最最敏感。敏感。相应敏感程度见左图。相应敏感程度见左图。辐通量相同但波长不同的光在视觉 上所产生不同明度感受性的度量,（辐射能转化为人眼可见光的程度）并且规定 V(555)=1。v()=K V()e()v()光通量 e()辐通量 K 辐射能光当量，实验测得K=683流明/瓦视觉的特性视觉的特性人眼视觉延迟人眼视觉延迟 n时间辨别，在某种条件下，闪烁的灯光可能会被知觉时间辨别，在某种条件下，闪烁的灯光可能会被知觉为连续的。为连续的。n 人眼睛的视觉暂留约为每秒每秒16-2416-24次次左右，因此只要以每秒30次或更短的时间间隔来更新屏幕画面，就可以骗过人的眼睛，让我们以为画面没有变过。虽然如此，实际上每秒30次的屏幕刷新率所产生的闪烁现象我们的眼睛仍然能够察觉从而产生疲劳的感觉。所以屏幕的场频越高，画面越稳定，使用者越感觉舒适。一般屏幕刷新率场频在每秒75次以上人眼就完全觉察不到了，所以建议场频设定在75Hz-85Hz之间，这足以满足一般使用者的需求了。1.三原色油墨印在白纸上，他们各吸收白光中的什么光？反射什么光？画出他们的光谱反射曲线。2.何谓补色？画出印刷六色色相环。3.对于等能光谱来说，如果蓝光的光通量 v(430)=0.5流明，试求v(540)=？，v(700)=？，又已知辐射能光当量K683（流明/瓦），求此时各色光所需的辐射能。