1.光1.1光的本質(zhì)1.2光的產(chǎn)生和傳播1.3人眼的光譜靈敏度1.4光度學(xué)及其參數(shù)2.視覺2.1作為光學(xué)系統(tǒng)的人眼2.2視覺的特征與功能3.顏色3.1顏色性質(zhì)3.2

國際照明委員會色度學(xué)系統(tǒng)3.3色度學(xué)及其參數(shù)第一講光視覺顏色

1.光第一講光視覺顏色1.1光的本質(zhì)

波粒二重性。光的波動性，是指光是一種電磁波。光是電磁波輻射的一部分，而可見光僅指380nm---780nm。如下圖1-1第一講光視覺顏色

1.1光的本質(zhì)第一講光視覺顏色第一講光視覺顏色

第一講光視覺顏色

光的微粒性就是指光束是微粒流，這些微粒就是光子。光子的運動速度就是光速。不同波長的光，具有不同的能量，即由不同能量的光子組成。光子具有的能量E正比于光的頻率:E=hv（1-1）第一講光視覺顏色

光子所具有的能量hv是頻率為v的光所具有的能量的最小單位，不能再分割了，故光子又稱光量子。在光和其他物質(zhì)相互作用時，能量的交換是按的形式一份一份地進(jìn)行的，即能量是不連續(xù)的。

光的微粒性就是指光束是微粒流，這些微粒就1.2光的產(chǎn)生和傳播

一、光的產(chǎn)生光按兩種方式產(chǎn)生，即溫度輻射和發(fā)光。溫度輻射又稱熱輻射。在某一溫度下，作為最大溫度輻射的物體，稱為黑體，這種輻射即是黑體輻射。黑體輻射的能量分布曲線E（）可由普朗克公式描述為：第一講光視覺顏色

式中，為波長（m）；h為普朗克常數(shù)（J/s）；c是真空中光速（m/s）；k為波耳茲曼常數(shù)（J/k）；T是絕對溫度（k）（1-2）1.2光的產(chǎn)生和傳播第一講光視覺顏色

第一講光視覺顏色

圖1-2不同溫度黑體輻射能量分布第一講光視覺顏色

第一講光視覺顏色

圖1-3黑體（點虛線）及鎢絲發(fā)熱體（短虛線）在3000k時的光譜第一講光視覺顏色發(fā)光——就是其他任何種類能量變換成光能的過程。按激發(fā)方式不同可分為如下幾類：生物發(fā)光：螢火蟲、發(fā)光細(xì)菌等的生物發(fā)光?；瘜W(xué)反應(yīng)：由化學(xué)反應(yīng)直接引起的發(fā)光，如黃磷自然發(fā)光。光致發(fā)光：由光、紫外光等激發(fā)而引起的發(fā)光，如熒光燈。陰板射線發(fā)光：由電子束激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光，如CRT。燃燒發(fā)光：堿金屬和堿土金屬及其鹽類在火中發(fā)出特有的光，又稱焰色反應(yīng)，如鈉離子的黃光。電致發(fā)光：氣體或伴隨氣體放電而發(fā)光，如霓虹燈。加電場于硫化鋅等粉末產(chǎn)生發(fā)光，如場致發(fā)光板。Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體P-N結(jié)注入載流子即LED。小分子或聚合物有機物半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光即OLED。激發(fā)是一個能量轉(zhuǎn)移過程，發(fā)射光的波長決定于能量差第一講光視覺顏色

（1-3）發(fā)光——就是其他任何種類能量變換成光能的過程。按激發(fā)方式不同二、光的傳播

光在真空中以3×108m/s的速度沿直線傳播。

第一講光視覺顏色

當(dāng)通過某種媒質(zhì)時，例如玻璃，其傳播速度就會減少。光在真空中的速度和在媒質(zhì)中的速度的比值就稱為該媒質(zhì)的折射率。（1）光的反射1）鏡面反射又稱規(guī)則反射，在光滑的界面上產(chǎn)生的反射。入射光、反射光、法線都在同一平面上，入射角等于反射角。2）散反射當(dāng)光線入射到經(jīng)散射處理的鋁板或毛面白漆涂層時，反射光向各個不同方向散開，但總的方向是一致的。如圖1-43）漫反射光線從某一個方面入射到粗糙表面時，被分散到許多方向，附合朗伯余弦定律,如圖1-5

4）混合反射當(dāng)光線入射到瓷釉或高光澤漆層上，規(guī)則反射和漫反射兼有，稱其為混合反射。二、光的傳播第一講光視覺顏色

第一講光視覺顏色

圖1-4散反射圖1-5漫反射第一講光視覺顏色（2）光的折射1)折射

如果入射光線處在折射率為n1的媒質(zhì)中，且和法線的夾角是，折射光線處在折射率為n2的媒質(zhì)中，且和法線的夾角是，則斯涅爾（snall）定律為

第一講光視覺顏色

（1-4）2）全反射

當(dāng)光線從高折射率媒質(zhì)進(jìn)入到低折射率媒質(zhì)，例如從玻璃到空氣時，只有當(dāng)入射角小于臨界角時，才會有折射線（見圖1-6），其臨界角即相應(yīng)于上式中。例如，對折射率為1.5的玻璃，其臨界角為，如果光的入射角大于臨界角，那就沒有折射光線，入射光線全被反射了。（2）光的折射第一講光視覺顏色第一講光視覺顏色

圖1-6全反射第一講光視覺顏色（3）光的透射

1）規(guī)則透射當(dāng)光照到透明材料上時，透射光符合斯涅爾定律。對平行材料方向相同，略有偏移，對非平行線材料如棱鏡，則因折射改變方向。2）散透射光線穿過透射材料如磨砂玻璃時，在透射方向上的發(fā)光強度較大，而其他方向較小，亦稱定向擴散透射。如圖1-7。3）漫透射光線照到散射性好的透射材料上時，如乳白玻璃等，透射光服從朗伯定律，發(fā)光強度按余弦分布，如圖1-8。4）混合透射光線照到透射材料上，其透射特性介于規(guī)則透射與漫透射（或散透射）之間的情況，稱混合透射。第一講光視覺顏色

（3）光的透射第一講光視覺顏色第一講光視覺顏色

圖1-7散透射圖1-8漫透射第一講光視覺顏色（4）光的吸收

吸收是由于光能轉(zhuǎn)換成能量的其他形態(tài)時引起的。如果媒質(zhì)是均勻的，則一定波長的平行光束穿過時，光強的損失按指數(shù)衰減：

第一講光視覺顏色

（1-5）式中，I0為光束的初始光強；I為光束在媒質(zhì)中通過x距離后的光強，a為和波長有關(guān)的材料吸收率。（4）光的吸收第一講光視覺顏色（1-

1.3人眼的光譜靈敏度

人眼在可見光范圍內(nèi)的視覺靈敏度是不相同的，如圖1-9，另外，它還隨環(huán)境亮度的改變而變化。圖中右面曲線是明視覺（B≥10cd/m2）條件下的靈敏度曲線，左面曲線是暗視覺（B≤10-3cd/m2）條件下的靈敏度曲線，相對視見度數(shù)值可查相應(yīng)的表。第一講光視覺顏色

1.3人眼的光譜靈敏度第一講光視覺第一講光視覺顏色

圖1-9人眼的相對光譜靈敏度第一講光視覺顏色圖1-9人眼的一、明視覺在明視覺亮度條件下，最大的視覺響應(yīng)在555nm處，視見度峰值達(dá)6801m/w，于1924年得到國際公認(rèn)的。在明視覺條件下，正常人的眼睛都能感受到顏色。二、暗視覺在暗視覺亮度條件下，最大的視覺響應(yīng)在507nm處，藍(lán)移了48nm，且峰值升至1725m/w，達(dá)到2.54倍。在暗視覺條件下，世界是無色的。三、中間視覺位于明、暗視覺亮度條件之間的都是中間視覺亮度條件，且具有從明到暗峰值不斷升高，而同時向短波長方向移動的特點。從圖1-9上看則應(yīng)是二條曲線之間的一系列曲線。第一講光視覺顏色

一、明視覺第一講光視覺顏色1.4光度學(xué)參數(shù)輻射度學(xué)量是物理量。光度學(xué)的量還與人眼的視見度有關(guān)，所以是生物物理量。二者之間差一個視見度Kλ值。第一講光視覺顏色

表1-1輻射度學(xué)和光度學(xué)參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系1.4光度學(xué)參數(shù)第一講光視覺顏色表2.視覺

2.1作為光學(xué)系統(tǒng)的人眼

第一講光視覺顏色

圖1-10人眼的剖面圖2.視覺第一講光視覺顏色圖1-10

人眼的工作狀態(tài)像一架照相機，把倒像投射到視網(wǎng)膜上的透鏡是有彈性的，焦距由睫狀肌控制，起調(diào)節(jié)作用。透鏡的孔徑即瞳孔的大小由虹膜控制，像自動照相機一樣，在低照度下瞳孔變大，而在高照度下，瞳孔孔徑縮小。第一講光視覺顏色

第一講光視覺顏色視網(wǎng)膜當(dāng)光線通過透鏡會聚到視網(wǎng)膜背面的感受細(xì)胞時，視覺過程就開始了，感受細(xì)胞根據(jù)其形狀分成柱狀細(xì)胞和錐形細(xì)胞，見圖1-11.第一講光視覺顏色

圖1-11視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)視網(wǎng)膜第一講光視覺顏色圖1-11柱狀細(xì)胞比錐形細(xì)胞的光敏感性更強，所以對暗視覺起重要作用。錐形細(xì)胞可以分紅、綠、藍(lán)三種不同顏色產(chǎn)生響應(yīng)的種類，因此明視覺條件下能分辨出顏色。第一講光視覺顏色

柱狀細(xì)胞比錐形細(xì)胞的光敏感性更強，2.2視覺的特征與功能一、視覺適應(yīng)

人眼對環(huán)境明暗的適應(yīng)有兩種：一種稱為明適應(yīng)，是指人從黑暗環(huán)境到明亮環(huán)境對眼睛的視覺適應(yīng)，這一適應(yīng)過程包括瞳孔的縮小和由柱狀細(xì)胞向錐狀細(xì)胞的過渡；另一種是暗適應(yīng)，是指人從明亮環(huán)境到黑暗環(huán)境對眼睛的視覺適應(yīng)，此過程是由瞳孔的放大和由錐狀細(xì)胞向柱狀細(xì)胞的過渡來完成。如圖1-12所示，明適應(yīng)時間較短，通常僅10-3至數(shù)秒，2分已完全適應(yīng)；暗適應(yīng)時間較長，完全適應(yīng)的時間長達(dá)20分～1小時，具體由環(huán)境的亮度差異而定。

第一講光視覺顏色

2.2視覺的特征與功能第一講光視覺顏第一講光視覺顏色

圖1-12視覺適應(yīng)第一講光視覺顏色圖1-12視覺適二、視覺閾限能引起光感覺的最低限度的光量（光通量）稱為是視覺的絕對閾限。人眼的視覺閾限與空間和時間因素有關(guān)。對于范圍不超過1°，呈現(xiàn)時間不超過0.1s的短暫刺激，視覺閾值亮度值遵守里科(Ricco)定律（即亮度×面積=常數(shù)）和邦森-羅斯科（Bunsen-Roscoe）定律（即亮度×?xí)r間=常數(shù)）。作用時間超過0.2秒時，視覺閾限就與時間無關(guān)了。三、對比定律眼睛的辨別能力與亮度反差即對比度C有密切關(guān)系。式中，It為光源亮度，Ib為背景亮度。最小視覺對比在照明工程中十分重要，對比度太小則無法看清細(xì)節(jié)。一般C的最小值取10.第一講光視覺顏色

二、視覺閾限第一講光視覺顏色四、眩光

眩光是對過高亮度的一種感受，常常與過分的對比相伴在一起。它以兩種不同的效果同時發(fā)生或分開發(fā)生。即失能眩光和不舒適眩光。失能眩光是指過亮照明會使眼睛的視覺反饋系統(tǒng)的精細(xì)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)失去平衡，還會使視網(wǎng)膜像的邊緣出現(xiàn)模糊，從而妨礙了對附近物體的觀察，這些效應(yīng)統(tǒng)稱為失能眩光。如晚上騎自行車，看到迎面而來開起前照燈的汽車，眼前一下看不到任何東西，也叫生理眩光。不舒服眩光是指眩光源即使不降低觀察者的視覺功能，也會造成分散注意力的效果或造成心理煩躁，如有的圖書館照度太高，反而不愿意去，這也叫心理眩光。第一講光視覺顏色

四、眩光第一講光視覺顏色3.顏色3.1顏色的性質(zhì)

三原色理論認(rèn)為，人眼的視網(wǎng)膜是由三種不同感色物質(zhì)組成的，相應(yīng)的響應(yīng)分別對應(yīng)于藍(lán)光、綠光和紅光的特定波長。人們所感覺到的彩色都是這三種感色物質(zhì)不同程度的刺激所合成的。任何顏色的光都是由上述三種原色合成的。C=XR+YG+ZB(1-7)X、Y、Z就是某一個顏色C的3個分量，采用歸一化的辦法消去其中一個非獨立變量而引入2個新變量。

x=X(X+Y+Z)

y=Y(X+Y+Z)(1-8)

z=Z(X+Y+Z)

x+y+z=1(1-9)只要確定x和y、z即可由式(1-9)求得，因此顏色就可按圖1-13所示的二維圖形的某一點來確定，這就是1931年CIE規(guī)定的色度圖，又可稱舌形曲線或馬蹄形曲線。x、y稱色度坐標(biāo)值。第一講光視覺顏色

3.顏色第一講光視覺顏色第一講光視覺顏色

3.2國際照明委員會色度學(xué)系統(tǒng)圖1-13CIE（1931）色度圖第一講光視覺顏色3.2國際照明委員第一講光視覺顏色

CIE（1931）色度圖（彩色）第一講光視覺顏色CIE（1931）色國際照明委員會還規(guī)定了三原色標(biāo)準(zhǔn)，，其光譜分布曲線如圖1-14。各單色的三色視覺值可查表。第一講光視覺顏色

圖1-14三原色標(biāo)準(zhǔn)的光譜分布國際照明委員會還規(guī)定了三原色標(biāo)準(zhǔn)，，3.3色度學(xué)及其參數(shù)一、光譜分布曲線由光譜分布曲線可得到峰值波長，光譜輻射帶寬。二、純度和主波長可在色度圖上求得。某光的色坐標(biāo)點F，其純度定義為自白點W向F作一直線，與單色光軸相交于G，則F的純度

第一講光視覺顏色

(1-10)F點的純度為75%，相應(yīng)G點純度為100%。定義G點處的波長為光源F的主波長λD3.3色度學(xué)及其參數(shù)第一講光視覺顏色三、x