1、第1章 輻射度量、光度量基礎(chǔ),輻射度量是用能量單位描述輻射能的客觀物理量, 輻射度量是輻射能本身的客觀度量，是純粹的物理量。 光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的度量, 即是具有平均人眼視覺響應(yīng)特性的人眼所接收到的輻射量的度量, 包括了生理學(xué)、心理學(xué)的概念在內(nèi)。 輻射度量和光度量都可定量地描述輻射能強(qiáng)度。,1.1 輻射度量,立體角 立體角是描述輻射能向空間發(fā)射、傳輸或被某一表面接收時(shí)的發(fā)散或會(huì)聚的角度，定義為：以錐體的基點(diǎn)為球心作一球表面，錐體在球表面上所截取部分的表面積dS和球半徑r平方之比 式中，為天頂角；為方位角；d d分別為其增量。立體角單位是球面度(sr)。,1.1

2、輻射度量,(1) 輻射能(Q): 簡稱輻能，描述以輻射的形式發(fā)射、傳輸或接收的能量，單位焦耳(J)。 (2) 輻能密度(w, 單位J/m-3 ) (3) 輻射通量(, P, 單位W) :以輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的功率，用以描述輻能的時(shí)間特性。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于連續(xù)輻射體或接收體，以單位時(shí)間內(nèi)的輻射能，即輻射通量表示。,1.1 輻射度量,(4) 輻射強(qiáng)度(I，單位Wsr-1): 在給定傳輸方向上的單位立體角內(nèi)光源發(fā)出的輻射通量，即,輻射強(qiáng)度描述了光源輻射的方向特性。點(diǎn)光源擴(kuò)展源: 光源發(fā)光部分的尺寸比起其實(shí)際輻射傳輸距離小得多時(shí)，把其近似認(rèn)為是一個(gè)點(diǎn)光源，在輻射傳輸計(jì)算和測量上不會(huì)引起明顯的誤差

3、。點(diǎn)光源向空間輻射球面波。,對(duì)點(diǎn)光源的輻射強(qiáng)度描述,1.1 輻射度量,(5) 輻亮度 (L，單位Wm-2sr-1):光源在垂直其輻射傳輸方向上單位表面積單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量， 光源微面元輻強(qiáng)度特性 輻亮度在光輻射的傳輸和測量中具有重要的作用。例如，描述螺旋燈絲白熾燈時(shí)，由于描述燈絲每一局部表面(燈絲、燈絲之間的空隙)的發(fā)射特性常常是沒有實(shí)用意義的，而把它作為一個(gè)整體，即一個(gè)點(diǎn)光源，描述在給定觀測方向上的輻射強(qiáng)度；而在描述天空輻射特性時(shí)，希望知道其各部分的輻射特性，則用輻亮度可描述天空各部分輻亮度分布的特性。,1.1 輻射度量,(6) 輻射出射度 (M，單位m-2): 離開光源表面單位面元

4、的輻射通量 面元所對(duì)應(yīng)的立體角是輻射的整個(gè)半球空間。平面與球面輻射出射度的表面積。 (7) 輻照度 (E，單位m-2): 單位面元被照射的輻射通量 輻照度和輻射出射度具有相同的定義方程和單位，但卻分別用來描述微面元發(fā)射和接收輻射通量的特性。,1.1 輻射度量,(8) 吸收比(率)、反射比、透射比 由于輻射度量也是波長的函數(shù)，當(dāng)描述光譜輻射量時(shí)，可在相應(yīng)名稱前加“光譜”，并在相應(yīng)的符號(hào)上加波長的符號(hào)“”作為下標(biāo)，例如光譜輻射通量記為或()，等等。,i,r,s,a,1.1 光譜輻射度量,1.2 光度量,人眼的視見函數(shù) 光通量V和輻射通量e可通過人眼視覺特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換,V()是CIE推薦的平均人眼光譜

5、光視效率(或稱視見函數(shù)) 。對(duì)于明視覺，對(duì)應(yīng)為輻射通量e(555)與某波長 能對(duì)平均人眼產(chǎn)生相同光視刺激的輻射通量e()的比值。Km是最大光譜光視效能(常數(shù)), 明視覺Km=683 lm/W。暗視覺Km=1725 lm/W。,1.2 光度量,人眼的光視效能K （lm/W）,視見函數(shù)，光視效率,常見光源的光視效能,節(jié)能燈原理：1）光視效能高 2）光學(xué)聚光能力強(qiáng),1.2 光度量,(1) 光能(QV，單位流明秒lms) (2) 光能密度(wv, 單位lms /m-3 ) (3) 光通量(v, 單位流明lm) (4) 發(fā)光強(qiáng)度(Iv, 單位坎德拉, cd, lmsr-1) (5) 亮度 (Lv, 單位

6、cdm-2): (6) 光出射度(Mv ,lmm-2) (7) 照度(Ev ,lmm-2),中間視覺,式中，0 x 1; Vmes(, x)是中間視覺狀態(tài)下的光視效率函數(shù)；V( )和V( )分別是明和暗視覺光視效率；M(x)是歸一化函數(shù)。,(b) 標(biāo)準(zhǔn)LED和優(yōu)化的LED,(a) HPS路燈和MH路燈,標(biāo)準(zhǔn)LED光源：德士達(dá) DST 110 W 優(yōu)化LED光源：自Lemnis公司 常用路燈：飛利浦公司高壓鈉燈(HPS) 和金屬鹵化燈(MH) 。,應(yīng)用舉例,中間視覺,兩種視覺狀態(tài)路燈的光視效率,1.3 人眼視覺特性,人眼在光度量和色度學(xué)評(píng)價(jià)中起著極為重要的作用。研究人眼的視覺特性是正確地進(jìn)行各種

7、光度/色度測量的基礎(chǔ)，也是各種光度或色度儀器設(shè)計(jì)的依據(jù)。,錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞 顏色是人眼明視覺的主觀感覺。顏色可分為彩色和非彩色。 非彩色指白/黑色和各種深淺不同的灰色系列，稱為白黑系列 彩色指白黑系列以外的各種顏色,1.3.1 人眼黑白視覺特性,(1) 成像功能 人眼類似于一個(gè)自動(dòng)調(diào)焦的成像系統(tǒng)。,人眼簡化眼模型的主要參數(shù),1.3.1 人眼黑白視覺特性,(2) 視覺的適應(yīng) 人眼能在一個(gè)相當(dāng)大(約10個(gè)數(shù)量級(jí))的范圍內(nèi)適應(yīng)視場亮度。隨著外界視場亮度的變化，人眼視覺響應(yīng)可分為三類： 明視覺響應(yīng)：當(dāng)人眼適應(yīng)大于或等于3 cd/m2的視場亮度后，視覺由錐體細(xì)胞起作用。 暗視覺響應(yīng)：當(dāng)人眼適應(yīng)小于或等

8、于310-5cd/m2視場亮度之后，視覺只由桿體細(xì)胞起作用。由于桿體細(xì)胞沒有顏色分辨能力，故夜間人眼觀察景物呈灰白色。 中介視覺響應(yīng)：隨著視場亮度從3cd/m2降至310-5cd/m2，人眼逐漸由錐體細(xì)胞的明視覺響應(yīng)轉(zhuǎn)向桿體細(xì)胞的暗視覺響應(yīng)。,1.3.1 人眼黑白視覺特性,(2) 視覺的適應(yīng) 當(dāng)視場亮度發(fā)生突變時(shí)，人眼要穩(wěn)定到突變后的正常視覺狀態(tài)需經(jīng)歷一段時(shí)間，這種特性稱為適應(yīng)，適應(yīng)主要包括明暗適應(yīng)和色彩適應(yīng)二種。適應(yīng)由兩個(gè)方面來調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)瞳孔的大小，改變進(jìn)入人眼的光通量。眼瞳大小是隨視場亮度而自動(dòng)調(diào)節(jié)的。 視細(xì)胞感光機(jī)制的適應(yīng)。桿體細(xì)胞內(nèi)有一種紫紅色的感光化學(xué)物質(zhì)視紫紅質(zhì)。 人眼的明暗視覺

9、適應(yīng)分為亮適應(yīng)和暗適應(yīng)。對(duì)視場亮度由暗突然到亮的適應(yīng)稱為亮適應(yīng)，大約需要23分鐘；對(duì)視場亮度由亮突然到暗的適應(yīng)稱為暗適應(yīng)，通常需要45分鐘，充分暗適應(yīng)則需要1個(gè)多小時(shí)。,1.3.1 人眼黑白視覺特性,不同視場亮度一人眼瞳孔直徑和面積,1.3.1 人眼黑白視覺特性,(3) 人眼的絕對(duì)視覺閾 在充分暗適應(yīng)的狀態(tài)下，全黑視場中人眼感覺到的最小光刺激值，稱為人眼的絕對(duì)視覺閾。以入射到人眼瞳孔上最小照度值表示時(shí)，人眼的絕對(duì)視覺閾值在10-9 lx數(shù)量級(jí)。以量子閾值表示時(shí)，最小可探測的視覺刺激是58145個(gè)藍(lán)綠光(波長為0.51m)的光子轟擊角膜引起的，據(jù)估算，這一刺激只有514個(gè)光子實(shí)際到達(dá)并作用于視網(wǎng)

10、膜上。對(duì)于點(diǎn)光源 天文學(xué)家認(rèn)為正常視力的眼睛能看到六等星，其在眼睛上形成的照度近似為8.510-9lx。 實(shí)驗(yàn)室“人工星點(diǎn)”測定的視覺閾值約為2.4410-9lx。 對(duì)具有一定大小的光源(張角小于10)，自身發(fā)光或被照明的圓形目標(biāo)，在瞳孔上的照度閾值與張角無關(guān)，并等于510-9 lx。,1.3.1 人眼黑白視覺特性,在一定的背景亮度Lb條件下(10-91 cd/m2)，人眼能夠觀察到的最小照度Emin約為 當(dāng)Lb 16.4cd/m2后將產(chǎn)生眩目現(xiàn)象，絕對(duì)視覺閾值迅速提高。實(shí)驗(yàn)表明，眩目亮度L0與像場亮度L(cd/m2)之間有 由此可說明為何100W的燈在白天陽下不感眩目，但在暗室將產(chǎn)生眩目效應(yīng)

11、。,1.3.1 人眼黑白視覺特性,(4) 人眼的閾值對(duì)比度 人眼的視覺探測是在一定背景中把目標(biāo)鑒別出來。人眼的視覺敏銳程度與背景的亮度及目標(biāo)在背景中的襯度有關(guān)。目標(biāo)的襯度以對(duì)比度C來表示 式中, LT和LB分別為目標(biāo)和背景的亮度。有時(shí)也將C的倒數(shù)稱為反襯靈敏度。 把人眼視覺在一定背景亮度下可探測的最小襯度對(duì)比度稱為閾值對(duì)比度，或稱亮度差靈敏度。,1.3.1 人眼黑白視覺特性,實(shí)驗(yàn)表明：人眼視覺特性與視場亮度、景物對(duì)比度和目標(biāo)大小等參數(shù)相關(guān)。通常背景亮度LB、對(duì)比度C和人眼所能探測的目標(biāo)張角之間具有下述關(guān)系(Wald定律) 式中, x值在02之間變化。,1946年Blackwell閾值對(duì)比度實(shí)驗(yàn)

12、 當(dāng)觀察亮度不同的兩個(gè)面時(shí)，亮度很低就察覺不出差別。 如果兩個(gè)面的亮度按比例提高, 并維持其C值不變, 則一定亮度后有可能察覺 在210-3cd/m2附近的間斷點(diǎn)表明明/暗視覺的轉(zhuǎn)折。,1.3.1 人眼黑白視覺特性,(5) 人眼的分辨力 人眼能區(qū)別兩發(fā)光點(diǎn)的最小角距離稱為極限分辨角，其倒數(shù)則為眼睛的分辨力，或稱為視覺銳度。 集中于人眼視網(wǎng)膜中央凹的錐體細(xì)胞具有較小的直徑，且每個(gè)錐體細(xì)胞都具有單獨(dú)向大腦傳遞信號(hào)的能力。桿體細(xì)胞的分布密度較稀，且成群地聯(lián)系于公共神經(jīng)的末稍，故人眼中央凹處的分辨本領(lǐng)比視網(wǎng)膜邊緣處高，故人眼在觀察物體時(shí)，總是在不斷地運(yùn)動(dòng)以促使各個(gè)被觀察的物體依次地落在中央凹處，使被觀

13、察物體看得最清楚。 在較好的照明條件下，眼睛的極限分辨角的平均值在1,1.3.1 人眼黑白視覺特性,眼睛的分辨力除與眼睛的構(gòu)造有關(guān)外, 還與目標(biāo)的亮度、形狀及景物對(duì)比度等有關(guān)。實(shí)驗(yàn)測得的人眼極限分辨角(白光且觀察時(shí)間不受限制條件下, 雙目觀察白色背景上具有不同對(duì)比度且?guī)в蟹叫稳笨诘暮诃h(huán))。,1.3.1 人眼黑白視覺特性,人眼的分辨角 可按以下經(jīng)驗(yàn)公式估算 式中, d為瞳孔直徑(mm)。,人眼的分辨角隨照度的變化,1.3.1 人眼黑白視覺特性,(6) 人眼對(duì)間斷光的響應(yīng) 人們觀察周期性波動(dòng)光刺激時(shí)，對(duì)波動(dòng)頻率較低的光，可明顯感到光亮閃動(dòng)；頻率增高，產(chǎn)生閃爍感；進(jìn)步增高頻率，閃爍感消失，波動(dòng)光被看

14、成是恒定光。周期性波動(dòng)光在主觀上不引起閃爍感時(shí)的最低頻率叫做臨界閃爍頻率。,臨界閃爍頻率與波動(dòng)光的亮度(或人眼視網(wǎng)膜上的照度)、波動(dòng)光的波形以及振幅有關(guān)。在亮度較低時(shí)，臨界閃爍頻率還與顏色有關(guān)。,1.3.1 人眼黑白視覺特性,當(dāng)視網(wǎng)膜上的照度較低時(shí), 不同顏色對(duì)臨界閃爍頻率影響較大, 藍(lán)光的臨界閃爍頻率最高, 紅光的臨界閃爍頻率最低 當(dāng)照度大于1.210-2lx時(shí)，臨界閃爍頻率與顏色無關(guān)；視網(wǎng)膜上的照度與臨界閃爍頻率在很大的范圍內(nèi)呈線性關(guān)系, 隨著視網(wǎng)膜上照度的增大，臨界閃爍頻率也不斷增大。 在觀看電影時(shí)，當(dāng)屏幕的亮度小于20cd/m2時(shí)，在每秒18幀的頻率下, 人眼不能察覺閃爍；而當(dāng)屏幕亮度

15、增加到200 cd/m2時(shí)，人眼便能感覺閃爍現(xiàn)象。 人眼最大臨界閃爍頻率50Hz。常見的光電探測器的響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人眼。,對(duì)于頻率大于臨界閃爍頻率的周期性光刺激，人眼感覺的恒定光亮度L,1.3.1 人眼黑白視覺特性,(7) 視覺系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF) 人眼的分辨力表征了眼睛分辨兩點(diǎn)或兩線的能力，但仍有較大的局限性。為了更全面地實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼圖像傳遞和復(fù)現(xiàn)性能評(píng)價(jià)，可引用光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)的概念，,A為分離視網(wǎng)膜中央凹處； B為角膜加晶狀體； C為網(wǎng)膜加處理系統(tǒng)(視神經(jīng)、大腦) D為處理系統(tǒng)(視神經(jīng)加大腦),1.3.1 人眼黑白視覺特性,1.3.1 人眼黑白視覺特性,(8) 色差靈敏度 人眼能

16、恰好分辨色度差異的能力叫做色差靈敏度，人眼剛能分辨光線顏色變化時(shí)波長改變量稱為色差閾值。色差閾值隨在光譜帶的位置有所不同。,1.4 朗伯輻射體及其輻射特性,反射 方向性,漫反射和朗伯輻射體 各方向的(輻)亮度不變,某些自身發(fā)射輻射的輻射源，其輻亮度與方向無關(guān)，即輻射源各方向的輻亮度不變，這類輻射源稱為朗伯輻射體。 絕對(duì)黑體和理想漫反射體是兩種典型的朗伯體。在實(shí)際問題的分析中，常采用朗伯體作為理想的模型。,1.4.2 朗伯體輻射出射度與輻亮度的關(guān)系,設(shè)朗伯微面元dS亮度為L，則輻射到dA上的輻射通量為 在半球內(nèi)發(fā)射的總通量P為 按照出射度的定義得 對(duì)于輻射場中反射率為 的朗伯漫反射體( =1為理

17、想漫反射體), 不論輻射從何方向入射, 它除吸收(1- )入射輻射通量外, 其它全部按朗伯余弦定律反射出去。即M= E，故,1.5 幾種典型光輻射量的計(jì)算公式1.5.1 點(diǎn)源對(duì)微面元的照度,設(shè)受照微面元dA距點(diǎn)源O的距離為l，其平面法線n與輻射方向夾角為，dA對(duì)點(diǎn)源O所張立體角為若點(diǎn)源在該方向的輻射強(qiáng)度為I，則向立體角d發(fā)射的通量dP為 如果不考慮能量傳播損失，則微面元照度為,即點(diǎn)源對(duì)微面元的照度與點(diǎn)源的發(fā)光強(qiáng)度成正比，與距離平方成反比，并與面元對(duì)輻射方向的傾角有關(guān)。 距離平方反比定律。,1.5.2 點(diǎn)源向圓盤發(fā)射的輻射通量,點(diǎn)源O發(fā)出光輻射，距點(diǎn)源l 0處有一與輻射方向垂直半徑為R的圓盤(圓

18、盤輻照度不均勻), 圓盤微元dA接收輻射通量為 由于 , 對(duì) 和 積分，得,當(dāng)圓盤距點(diǎn)源足夠遠(yuǎn)時(shí)，即l0R，則 用于計(jì)算距點(diǎn)源一定距離的光學(xué)系統(tǒng)或接收器接收的輻射通量。,1.5.3 面輻射在微面元上的輻照度,設(shè)A為面輻射源，Q為受照面，n1為微面元dA的法線，與輻射方向夾角為，n2為Q平面O點(diǎn)處的法線，與入射輻射方向的夾角為，dA到O點(diǎn)的距離為l。面源A上微面元dA對(duì)O點(diǎn)的輻照度dE。,式中，I為面元dA在方向上的發(fā)光強(qiáng)度，與該方向上發(fā)光亮度L間有關(guān)系 ，因此，,1.5.3 面輻射在微面元上的輻照度,面輻射源A對(duì)O點(diǎn)處微面元所形成的照度值E，得 一般情況下，面輻射源在各個(gè)方向上的亮度是不等的，

19、但對(duì)各方向亮度相等的朗伯輻射源簡化為 式中, 是立體角d在Q平面的投影。 立體角投影定律,1.5.4 朗伯輻射體產(chǎn)生的輻照度,朗伯?dāng)U展源為半徑R的圓盤A，取圓環(huán)狀面元dA1=rdrd，由于 =，環(huán)狀面元輻射在距圓盤為l0的某點(diǎn)Ad處的輻照度為 由幾何關(guān)系得,1.5.4 朗伯輻射體產(chǎn)生的輻照度,擴(kuò)展源近似為點(diǎn)源的條件 相對(duì)誤差： 如果R /l01/10，即當(dāng)l010R或0 5.7時(shí)，相對(duì)誤差1%。 物理意義：目標(biāo)點(diǎn)與圓盤朗伯輻射體的距離大于10倍圓盤半徑時(shí)，按點(diǎn)源測量的輻照度相對(duì)誤差小于1%。,1.5.5 成像系統(tǒng)像平面的輻照度,物空間亮度L0的微面元ds0經(jīng)過成像物鏡成像在像空間ds1微面元上

20、，確定ds1上的照度。微面元向透鏡口徑D所張立體角發(fā)射的輻射通量為 其中，u0為物點(diǎn)對(duì)成像系統(tǒng)的張角。,d經(jīng)過透過率的成像物鏡后照射在微面元ds1上的照度為,1.5.5 成像系統(tǒng)像平面的輻照度,利用光學(xué)的拉-亥不變式 一般光電成像系統(tǒng)，由于n0=n11，且光瞳放大率p=D/D=1，其中D和D為物鏡物方和像方孔徑。于是,l f ,例 已知太陽輻亮度L0等于2107/m2/sr，太陽的半徑r0等于6.957108m，地球的半徑re為6.374106m，太陽到地球的年平均距離l為1.4961011m，求太陽的輻射出射度M0、輻射強(qiáng)度I0、輻射通量0以及地球接收的輻射通量e、地球大氣層邊沿的輻照度Ee

21、。,解: 太陽可假定為朗伯光源，則太陽的輻射出射度 M0=L0=6.2832107 (W/m2) 若認(rèn)為太陽是一均勻發(fā)光體，則太陽的輻射通量 0=4R2M0=3.8211026 (W) 太陽的輻射強(qiáng)度: I0=0/4=3.0411025 (W/sr) 地球?qū)μ柕牧Ⅲw角：=re2/l2=5.70310-9 (sr) 即地球只接收了太陽總輻射能的5.710-9/4=4.5410-10。 地球接收到的太陽的輻射通量: e= I0=1.7341017 (W) 地球大氣層邊沿的輻照度: Ee= I0 / l2=1358.79 (W/m2),1.3.3 人眼的顏色視覺特性,(1) 彩色的特性及其表示 明

22、 度：人眼對(duì)物體的明暗感覺。發(fā)光物體的亮度越高, 則明度越高；非發(fā)光物體反射比越高，明度越高。,色 調(diào)：區(qū)分彩色的特性, 即紅/黃/綠/藍(lán)/紫等。不同波長的單色光具有不同的色調(diào)。發(fā)光物體的色調(diào)決定于它的光輻射的光譜組成。非發(fā)光物體的色調(diào)決定于照明光源的光譜組成和物體本身的光譜反射(透射)的特性。 飽和度：指彩色的純潔性?？梢姽庾V的單色光是最飽和的彩色。彩色飽和度決定于物體反射(透射)特性。如果物體反射光的光譜帶很窄，則飽和度就高。,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,(2) 視網(wǎng)膜的顏色區(qū) 視網(wǎng)膜中央視覺主要是錐體細(xì)胞, 邊緣視覺則主要是桿體細(xì)胞。具有正常顏色視覺的

23、視網(wǎng)膜中央能分辨各種顏色, 由中央向邊緣過渡, 顏色分辯能力逐漸減弱, 直到對(duì)顏色感覺消失。,與中央?yún)^(qū)相鄰的外周區(qū)先喪失紅色和綠色的感受性, 再向外部對(duì)黃色和藍(lán)色的感受也喪失, 成為全色盲區(qū)。在同一光亮下，白色視野范圍最大，其次為黃藍(lán)色, 紅綠色視野最小。當(dāng)觀察大于4視場時(shí)，在視線正中會(huì)看到一個(gè)由中央黃色素造成略帶紅色的圓斑，稱為麥克斯韋爾圓斑。,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,(3) 顏色恒常性 外界條件變化后，人們的色知覺仍然保持相對(duì)不變，這種現(xiàn)象稱為顏色恒常性。,物體表面的顏色取決于物體表面的物理屬性，物理屬性在照度發(fā)生變化時(shí)并不改變。 赫林的記憶色概念：最常見物體的顏色給人們的記憶以深

24、刻的印象，這個(gè)顏色變成了印象的固定特征，一切人們經(jīng)驗(yàn)所知的東西都是通過記憶顏色的眼睛去觀察，顏色恒常性是與物體的物理屬性以及記憶色有一定的關(guān)系。 物體顏色既決定于光線在物體表面的反射和吸收, 也受光源條件影響。在一定條件下, 顏色恒常性可受到破壞而發(fā)生很大變化。顏色恒常性現(xiàn)象目前尚不能全面地解釋清楚。,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,(4) 色對(duì)比 顏色視覺還受到被觀察物體周圍環(huán)境以及觀察者眼睛在觀察前觀看過其它顏色歷史的影響。 如果將兩種顏色按適當(dāng)比例相混合后，能產(chǎn)生灰色，則稱這兩種顏色互為補(bǔ)色。例如紅和綠、藍(lán)和黃都是互補(bǔ)色。 視場中相鄰區(qū)域不同顏色的相互影響叫做顏色對(duì)比，包括明度對(duì)比、色調(diào)

25、對(duì)比和飽和度對(duì)比。 一塊灰色紙片放在白色背景上看起來發(fā)暗，而放在黑色背景上看起來發(fā)亮，這種當(dāng)明暗不同的物體并置于視場中會(huì)感到明暗差異增強(qiáng)的現(xiàn)象稱為明度對(duì)比。,馬赫帶(March Band),側(cè)抑制特性(Lateral Inhibition),有趣的錯(cuò)覺現(xiàn)象,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,兩種不同色調(diào)的物體并置于視場中，每一種顏色的色調(diào)都向另一顏色的補(bǔ)色方向變化，從而增強(qiáng)兩顏色色調(diào)的差異，這種現(xiàn)象稱為色調(diào)對(duì)比。,將兩種飽和度不同的顏色并置于視場中，會(huì)感到兩飽和度的差異增強(qiáng)，高飽和度的更高，低飽和度的更低，這種現(xiàn)象稱為飽和度對(duì)比。 一般視場中相鄰不同顏色間的影響是上述三種對(duì)比的綜合結(jié)果，對(duì)比的結(jié)

26、果是增強(qiáng)了相鄰顏色間的差異。,顏色隨背景的變化,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,(5) 色適應(yīng) 在亮適應(yīng)狀態(tài)下, 視覺系統(tǒng)對(duì)視場中顏色變化會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)的過程。當(dāng)人眼對(duì)某一色光適應(yīng)后，觀察另一物體的顏色，不能立即獲得客觀的顏色印象，而帶有原適應(yīng)色光的補(bǔ)色成分，需經(jīng)過一段時(shí)間適應(yīng)后才會(huì)獲得客觀的顏色感覺，即色適應(yīng)。 一般，對(duì)某一顏色光預(yù)先適應(yīng)后再觀察其它顏色，則顏色的明度和飽和度都會(huì)降低。在一個(gè)白色或灰色背景上注視一塊顏色紙片一段時(shí)間，當(dāng)忽然拿走顏色紙片后，則在背景的同一地點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)原來的補(bǔ)色，誘導(dǎo)出的補(bǔ)色時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，直到最后完全消失，這稱為負(fù)后象現(xiàn)象，也是色適應(yīng)現(xiàn)象。,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,

27、(6) 明度加法定理 明度是人眼對(duì)外界光線明暗感覺程度的度量。對(duì)于混合光，不論光譜成份如何,所產(chǎn)生的表觀明度等于混合光各個(gè)光譜成份分別產(chǎn)生的表觀明度之和。稱為明度加法定理。 在實(shí)際研究工作中，我們常常遇到復(fù)合光輻射的測量與研究，明度加法定理是對(duì)不同光譜成份的光輻射作光度評(píng)價(jià)的重要理論依據(jù)。,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,(7) 色覺缺陷 正常視覺視網(wǎng)膜上有含有親紅、親綠和親藍(lán)3種視色素的3種體細(xì)胞，能夠分辨出各種顏色，接受試驗(yàn)時(shí)可用紅、綠、藍(lán)三原色光相加混合出各種顏色，因此稱為三色覺者。但也有少數(shù)人成為色覺缺陷或異常色覺者。常見的有色弱和色盲。,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,色 弱：輕度異

28、常色覺者, 也稱為異常三色覺者。對(duì)光譜上紅色和綠色區(qū)域的顏色分辨能力較差, 當(dāng)紅綠區(qū)波長有較大變化時(shí), 才能區(qū)別出色調(diào)的變化, 且須有較高強(qiáng)度才能保證對(duì)顏色的正確辨認(rèn), 在亮度不足的照明下, 可能將紅色和綠色相互混淆。 如果異常三色覺者對(duì)紅色的辨別能力差，就屬于紅色弱亦稱為甲型色弱； 如果對(duì)綠色的辨別能力差就屬于綠色弱亦稱為乙型色弱。他們與正常色覺的人之間沒有嚴(yán)格的界線，他們?nèi)跃哂腥曈X，但是在用紅、綠、藍(lán)三原色相加混合出各種顏色時(shí)，紅、綠原色的比例與色覺正常者不同。 色弱多發(fā)生于后天，男性多，女性少，紅色弱者約占男性人口的1%，綠色弱者約占男性人口的5%。,1.3.3 人眼的顏色視覺特性,色 盲：是嚴(yán)重的異常色覺者，對(duì)顏色辨別能力很差。其中又分為局部色盲和全色盲兩類。局部色盲也稱為二色覺者，包括,紅-綠色盲和藍(lán)-黃色盲。紅綠色盲者不能區(qū)分紅色和綠色，紅綠色盲又分紅色盲和綠色盲，紅色盲亦稱為甲型色盲，綠色盲稱為乙型盲；藍(lán)-黃色盲又稱為丙色盲，這種色盲僅對(duì)紅綠產(chǎn)生色覺，對(duì)黃藍(lán)不產(chǎn)生色覺。,1.3.4 顏色視覺理論,(1) 揚(yáng)-赫姆霍爾茲的三色學(xué)說 19世紀(jì)的揚(yáng)和赫姆霍爾茲提出。他們根據(jù)紅/綠/藍(lán)三原色可混合出各種不同色彩顏色的混合規(guī)律, 假設(shè)人眼視網(wǎng)膜上有三種神經(jīng)纖維, 每種神經(jīng)纖維的興奮都引起一種原色的感覺。光作用于視網(wǎng)膜上雖然能同時(shí)引起三種纖維的興奮, 但