《光與顏色視覺》ppt課件

1、第一章 光與顏色視覺,色彩的意義,遠觀顏色，近看花人觀察物體時，視覺神經(jīng)對色彩反映最快，其次是形狀、空間位置，最后才是細節(jié)。,顏色的本質(zhì),色彩與色覺,色色（GB 5698-85）:光作用于人眼引起的除形象外的視覺特性。色是一種物理刺激作用于人眼的視覺特性，是客觀存在的。色覺色覺是人們認識顏色、辨別顏色的能力。 色覺是人的一種主觀能動。,色覺的形成過程,色覺三要素光線的照射顏色物體功能正常的視覺器官和大腦,可見光,可見

2、光光是能在人眼的視覺系統(tǒng)上引起明亮感覺的電磁輻射。 即光是一種電磁波。 （GB 5698-85）可見光的性質(zhì)光的物理性質(zhì)由它的波長和能量來決定波長決定光的顏色能量決定光的強度,可見光波長,電磁波的波長范圍10-14—幾千公里，其中380----780nm為可見光。,習慣上把400-500nm稱為藍光區(qū)，500-600nm稱為綠光區(qū)，600-700nm稱為紅光區(qū)。,光譜,色散實驗單色光按波長依次排列成的光帶稱為光譜。,單色光與

3、復色光,單色光只含一種波長而不能再分解的光稱為單色光。真正的單色光不存在，光的單純性或單色性取決于譜線寬度。復色光兩種以上單色光混合成的光。,光與色的關(guān)系,光是人們感覺所有物體形態(tài)和顏色的唯一物質(zhì)。色是由物體化學結(jié)構(gòu)所決定的一種光學特性。所以光是產(chǎn)生色彩和形成色覺的物理基礎(chǔ)。不同的光作用在物體表面后會發(fā)生不同的反映光作用在透明物體上，除部分光被反射、吸收外，相當部分的光能透過物體，物體的顏色由透過物體的光譜成分決定光作用在

4、不透明物體上時，物體的顏色則由反射的光譜成分決定?！吧珡墓舛鴣恚S光而變。” 顏色在物理學上是可見光的特征，在生理上是可見光對視覺的不同刺激，而在心理上是可見光刺激大腦的反映。,色彩三屬性,在視覺上，色彩是無法用一般的量值來衡量的，只能用三個特殊的物理量即色相、明度、飽和度來衡量。色相、明度、飽和度是色彩三屬性，也稱為色彩三要素，是顏色的心理屬性。大多數(shù)色彩系統(tǒng)都是根據(jù)色彩的三屬性來進行系統(tǒng)的分類、歸納、排列的。,色相（H）,

5、色彩的相貌，是色彩最基本的特征，也是色與色之間區(qū)分的最明顯特征，即根本特征?？梢姽庾V不同波長的輻射在視覺上就表現(xiàn)為不同的色相。色相由刺激人眼的光譜成分所決定光源的色相取決于輻射的光譜組成，可用光的波長或主波長表示物體的色相光源的光譜組成和物體表面選擇性吸收后所反射（透射）的各波長輻射的比例對人眼產(chǎn)生的感覺，由物體本身的化學結(jié)構(gòu)所決定（固有色）人眼對色相的分辨力：可見光譜150種，非光譜約30種。,色相（H）,在視覺上，色相和主

6、波長間的對應(yīng)關(guān)系會隨著光照強度的改變而發(fā)生變化。（撲爾克效應(yīng)）人眼對不同波長光刺激的敏感性不同490nm、590nm閾限為1~2nm540nm閾限為3~4nm380~430nm、655~780nm幾乎無法分辨,明度（L或V）,人眼所感受到色彩的明暗程度。色彩的明暗取決于人眼所感受到的輻射的能量，可以用光的反射率或透射率來表示。各種色彩的明度取決于顏色對光的輻射能力。對于單色光來說，光線越強，其色彩越明亮就同一

7、物體而言，反/透射的光通量越多，其顏色的明度越大同一色相的物體，顏色越接近白色，明度越大；越接近黑色，明度越小。在可見光譜中，黃色、橙黃色、黃綠色的明度較高，橙色和紅色的明度居中，青色和藍色的明度較低。人眼的分辨力：1％明暗變化，600種左右。影響因素：光源的強弱（包括物體與光源的距離及其與光線方向所成角度）；各個受光面色度的差別；物體表面結(jié)構(gòu)的差別（L光滑表面>L粗糙表面）,飽和度（S或C）,也稱純度或彩度，是指色彩的單

8、純性，是反/透射光接近光譜色的程度，或者說是表示離開相同明度中性灰色的程度。飽和度越高顏色越鮮艷，飽和度越低顏色越接近中性色可見光中光譜中的單色光（光譜色）的飽和度最高影響因素：物體表面反射光譜色光的選擇性物體表面光滑度。人眼分辨力：不同色能分辨的級數(shù)不同，如在某明度條件下，紅可分辨25級，而黃只能分辨4級。平均為10級,色彩三屬性之間的關(guān)系,三屬性分別與主波長、光強及光能量布有關(guān)，但并不是光物理屬性，而是人在觀察色彩時的視

9、覺心理。三者關(guān)系：色彩中任何一色都具備這三屬性，缺一不可這三屬性是相互獨立的，但不能單獨存在色彩的三屬性的變化是相互聯(lián)系、相互影響的兩個不同的色彩至少有一個屬性不相等，只有三個屬性全部相等的色彩才是完全相同的。,眼睛與視覺,眼睛作用成像感光記錄構(gòu)造屈光系統(tǒng)視網(wǎng)膜錐體細胞（明視覺器官）桿體細胞（暗視覺器官）,,,,,明視覺與暗視覺,暗視覺和明視覺稱為視覺器官的二重功能。暗視覺視桿細胞對光的敏感性高，能接受

10、微弱光線的刺激；不能分辨物體的細節(jié)和顏色，只能分辨出物體的形狀和明暗；往往幾十個連在一起向視神經(jīng)輸送信息；適合在暗條件下工作（亮度3坎德拉/米2 ） 。因為錐體細胞都分布在視網(wǎng)膜中央窩附近，所以正對眼睛的物體看得最清晰。,光譜光視效率,對同一種波長的光而言，光能量越大，光越亮。人眼對可見光譜范圍內(nèi)不同波長的輻射具有不同的感受性。不同色相的顏色，給人的亮度感覺是不一樣的，人們總是感覺最亮的是黃綠光，最暗的是紅色，其次是紫色。實驗發(fā)

11、現(xiàn)，人眼對光譜色555nm的黃綠光感受性最高。光譜光視效率：人眼對不同波長的光能量產(chǎn)生光感覺的效率。,光譜光視效率,555nm的光的光譜光視效率最高，所以定義 V（555）=1。根據(jù)CIE推薦的光譜光視效率數(shù)值可畫出光譜光視效率曲線。人的明視覺與暗視覺的光視效率也不同，曲線見右圖。兩種視覺功能最敏感的波長不同：明視覺為555nm，而暗視覺為510nm。但明暗視覺的光譜光視效率函數(shù)曲線形狀相同，說明明暗視覺對可見光的感受大

12、致相同。,視覺功能,視角視角：物體大小對眼睛形成的張角。視角的大小決定了視網(wǎng)膜上像的大小，而視網(wǎng)膜上像的大小又決定人們視覺的清晰程度。 放大鏡就是通過形成正立的虛像，擴大了觀察視角，從而使人能夠細致觀察物體。,視覺功能,視角由圖可知當視角較小時， 得出 ，同理 ， d約為17mm所以像的大小 ，可見像

13、的大小取決于視角。 具有正常視力的人，能分辨物體空間兩點間所形成的最小視角為1`。,,視覺功能,視力（視敏度）：表示視覺辯論物體細節(jié)和空間輪廓的能力。視覺辯認物體細節(jié)的能力與視距有很大關(guān)系，這是因為物體對眼睛形成的視角不同。視力以視角進行計算當人的視覺能夠分辨1`角度所對應(yīng)的物體細節(jié)時，視力為V=1.0。,視覺功能,視場：眼睛視角所對應(yīng)形成的圓面積，稱為視場。,網(wǎng)屏線數(shù)計算,物體與顏色,顏色分類消色：黑、白、灰一系列中性顏色，

14、也稱為非彩色或中性色彩色：消色物體以外的其他顏色物體分類按照能否發(fā)光，自然界的物體一般可分為發(fā)光體和非發(fā)光體兩部分。發(fā)光體：本身能輻射光能，常稱為光源。非發(fā)光體：本身不能輻射光能。可分為反射體和透射體。,透射、反射和吸收,當光照射到物體上時，會產(chǎn)生諸如透射、吸收、反射、漫射、散射、折射和衍射等許多物理現(xiàn)象，但是對色彩成因起主要作用的是透射、反射和吸收。,物體呈色機理,消色物體呈色機理：非選擇性吸收或均勻等比吸收呈色特點反

15、射光譜與入射光譜相同；反射光強與入射光強不同；有明暗變化，色相、飽和度為零；光譜反（透）射率曲線為一條平行于橫軸的直線。,物體呈色機理,消色物體隨著吸收比例的不同，物體在日光下呈現(xiàn)從白色、各種灰色到黑色的一系列中性顏色。以反射物體為例：當ρ75%時就感覺是白色，如MgO的ρ為98.8%，白紙的ρ為88-90% 。,物體呈色機理,彩色物體呈色機理：選擇性吸收或非均勻等比吸收呈色特點反射光譜與入射光譜不同；反射光強與入射

16、光強不同；色相、明度、飽和度都有變化。,影響物體色彩的因素,光源色光源的光譜成分色度距離環(huán)境色（顏色對比現(xiàn)象）高光區(qū)：受光源與固有色影響漫射區(qū)：受光源色、固有色、環(huán)境色影響陰影區(qū)：受環(huán)境色、固有色影響,影響物體色彩的因素,藍光照射,紅光照射,顏色視覺,顏色辨認顏色對比同時對比連續(xù)對比顏色適應(yīng)亮度適應(yīng)暗適應(yīng)明適應(yīng)顏色適應(yīng)（負后像）顏色恒定色覺缺陷,顏色視覺理論,三色學說對立學說階段學說,三色學說,1

17、801年由英國醫(yī)生、物理學家托馬斯楊提出，后由德國的生理、物理學家赫姆霍爾茲補充、驗證。內(nèi)容楊認為人的視神經(jīng)只有感紅、感綠、感藍三種基本視神經(jīng)，赫姆霍爾茲驗證人的視網(wǎng)膜上有感紅、感綠、感藍三種細胞，感受的峰值為680nm,540nm,430nm。光譜的不同部分（不要求有連續(xù)光譜）引起三種細胞不同比例的興奮，根據(jù)三種細胞不同比例的興奮程度，人的大腦形成不同的色覺。三色學說建立在顏色混合的物理學規(guī)律基礎(chǔ)上，能充分說明顏色混合現(xiàn)象，是

18、國際公認的色度學基礎(chǔ)，彩色印刷、攝影、電視機都是三色學說基礎(chǔ)上建立的。,三色學說,三色學說可以解釋負后像等情況，它認為負后像是神經(jīng)疲勞的結(jié)果。三色學說最大的缺點是不能解釋色盲現(xiàn)象。 按照三色學說，色盲是一種或幾種感色細胞有缺陷導致的，但如果是這樣，則色盲不僅是色盲，而且也看不見白色。,對立學說,1878年赫林提出的對立學說，也稱為四色學說。依據(jù)有些顏色看起來是單純的，有些顏色看起來是混合的，紅綠藍黃是單純的；找不到偏綠的紅或偏藍

19、的黃，紅-綠、黃-藍是對立的，混合后只能得到灰或白。內(nèi)容視網(wǎng)膜中存在紅—綠、黃—藍、黑—白三種對立感色機制每一對立機制中的建設(shè)（同化）和破壞（異化）作用會產(chǎn)生不同的色覺。三對對立感色機制對光的反應(yīng)形成了各種顏色。,對立學說,四色學說可以解釋色盲現(xiàn)象、負后像等現(xiàn)象，但沒有對三原色能產(chǎn)生光譜一切顏色這一現(xiàn)象給予說明。,階段學說,現(xiàn)代神經(jīng)心理學指出，視網(wǎng)膜中確實存在三種能感受不同波長光的錐體細胞對視網(wǎng)膜和神經(jīng)傳導通路研究中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)

20、可以發(fā)出三種反應(yīng)：光反應(yīng)（L）、紅-綠反應(yīng)（R-G）、黃-藍反應(yīng)（Y-B）。階段學說把三色學說和四色學說統(tǒng)一在一起。,,階段學說認為顏色視覺過程可以分成幾個階段。第一階段，視網(wǎng)膜的錐體感受是一個三色機制；第二階段，在神經(jīng)興奮由錐體感受向視覺中樞的傳導過程中，形成四色機制；最后階段發(fā)生在大腦皮層的視覺中樞。在這里產(chǎn)生各種顏色感覺。,練習,光有哪些性質(zhì)？什么是色散、單色光和復色光？光的單色性是如何衡量？色與光的關(guān)系是什么？闡述