当前课程知识点:光学工程基础 > 补充材料:光度学与色度学基础(不占学时) > 2.6.4 色度学基本概念 > 2.6.4 色度学基本概念
大家好!
今天介绍色度学的基本概念
色度学是研究颜色度量
和评价方法的一门学科
应用心理物理学方法
通过大量科学实验
建立现代色度学
色度学是一门以光学
视觉生理、视觉心理、心理物理
等学科为基础的综合性科学
也是一门以大量的实验
为基础的实验性科学
色度学最早开创于牛顿
引入颜色环的概念
从而开始了建立颜色图的思想
提出了颜色混合中
用重心原理来确定
混合色接轨的方法
19世纪科学家格拉斯曼
麦克斯韦 亥姆霍兹
等对色度学的发展
做出了重大贡献
当然还有很多科学家
在奠定现代学基础的时候
做出了巨大贡献
现代色度学色调颜色的结果
是在一定的简化条件下进行的
有它的局限性
还不能完全代表人们的色知觉
色度学的最终目标
是解决在复杂环境中
物体颜色外貌的度量问题
下面介绍颜色的分类
及颜色的表观特征
颜色是不同波长可见光辐射
作用于人的视觉器官后
所产生的心理感受
颜色是一种和物理、心理
和生理学都有关的复杂现象
颜色分为非彩色
也叫做消色和彩色
白色、灰色和黑色
统称为非彩色
它们可以排成一个系列
由白色逐渐到浅灰
再到深灰直到黑色
非彩色系列的黑白变化
对应于白色光的明度变化
非彩色以外的一切颜色
统称为彩色
颜色的表观特征
包括明度色调和饱和度
明度是颜色的明亮程度
色调区分不同的彩色
实验证明自然界大多数颜色
都可用某一单色光和白光
按照一定的比例配成
则这个颜色的色调
用此单色光的波长
我们称之为主波长来表示
饱和度是指
颜色接近光谱色的程度
由单一波长的光
所构成的颜色为单色光
所有单色光的颜色
都叫做光谱色
两种以上的波长的光
混在一起所呈现的颜色
叫做混合色
有的时候两种颜色
按照一定比例混合
就可以获得白色光
能配成白色光的两种颜色
称之为互补色
例如红与青 黄与绿
绿与品红皆为互补色
颜色随着光强它会发生变化
人眼视网膜上的锥体细胞
和柱体细胞
则形成不同的视觉功能
前者是明视觉器官
在亮光条件下作用
能够分辨物体的细节和颜色
后者是暗视觉器官
在暗光条件下起作用
不能分辨物体的细节和颜色
只能有黑白之感
锥体细胞看到的深红色
柱体细胞却会误认为是黑色
人眼所能适应的光的强度变化
超过了10的6次方比1的范围
该适应范围是由在亮光条件下的
锥体细胞和在暗光条件下
起作用的柱体细胞相互转移
而完成的
如果光的强度比较强
就能识别出该颜色
如果光很弱就不能识别出该颜色
即使在光强能达到
人眼分辨出颜色的情况下
颜色随着光强仍有微小的变化
光谱中除了572纳米
503纳米、478纳米
是不随光强度变化的颜色之外
其他颜色在光强度增加的时候
有的略向红色
有的则向蓝色变化
例如660纳米的红光
投射到视网膜上的照度
由原来的某一个值
降低到该值的1/20
必须减少波长34纳米
才能保持原来的色调
对于525纳米的绿光
在同样条件下
则需要增加波长21纳米
才能保持原来的色调
人眼在颜色的作用下
所造成的颜色视觉变化
叫做颜色适应
眼睛对某一颜色的光适应以后
在观察另一颜色的时候
在开始阶段
后者会发生失真
而带有前者的补色成分
这种现象就称之为颜色适应现象
在视场中相邻区域的不同颜色的
相互影响,叫做颜色对比
如果在一块彩色背景上
放上另一彩色
由于颜色对比
两个颜色相互影响
使每种颜色的色调
向另一彩色的补色方向变化
如果两彩色是互补色
则彼此加强饱和度
在两彩色的边界处
颜色对比现象最明显
下面介绍颜色混合
及格拉斯曼颜色混合定律
颜色混合有两种
一种是色光混合
是不同颜色的直接混合
混合色光为参加混合
各色光之和
故称之为加混色
另外一类是色料混合
色料是对光
有强烈选择吸收的物质
在白光照明下
呈现出一定的颜色
色料混合是白光中
去除某些色光
从而形成新的颜色
故称之为减混色
格拉斯曼颜色混合定律表明
人的视觉只能分辨颜色的
三种变化
分别是明度、色调和饱和度
两种颜色混合
如果一种颜色成分连续变化
混合色的外貌也会连续变化
其中补色律是指
互补色以一定比例混合
产生白色或灰色
与其他比例混合的时候
产生接近占有比例大的颜色的
非饱和光
中间色律表明
两种非互补色混合
将产生颜色的中间色
其色调决定于两颜色的比例
颜色外貌也就是说明度色调
饱和度相同的光
在颜色混合中是等效的
因此有代替律
相似色混合,混合色仍相似
最后一个是混合色的亮度
等于各色光亮度之和
也即亮度相加定律
格拉斯曼颜色混合定律
它只适用于色光混合
不适用于色料混合
通过改变参加混色的
各颜色的量使混合色
与指定颜色达到视觉上的
相同的过程
称之为颜色匹配
它只适用于色光混合
也就是说颜色相加混合
实现颜色匹配的方法有两种
一种是颜色转盘法
我们在转盘上在外圈
放置一定面积的红绿蓝三原色
红绿蓝面积比例发生改变
将改变色调和饱和度
外圈还有一定的黑色面积
它的大小确定明度
将被匹配颜色放在中心
转动颜色转盘
外圈颜色和中心被匹配颜色
一致的时候
我们就可以确定出来
被匹配颜色的颜色匹配
红绿蓝三原色通过相加
能实现很多颜色
但是有的颜色不是由红绿蓝
三原色相加就能产生的
这个时候为了实现颜色匹配
我们在中心的圆环上
除了被匹配颜色以外
比如说还可以将蓝色部分
放在中心
外圈只有红色和绿色以及黑色
同样的转动颜色转盘
让外圈颜色和中心
被匹配颜色一致
我们也可以得到
被匹配颜色的颜色是如何匹配的
另一种颜色匹配方法
是色光混合匹配实验
我们可以调节红绿蓝
三原色灯的强度比例
产生看起来与另一侧
颜色相同的混合色
这个时候我们应该注意到
它有同色异谱现象
由红绿蓝三原色形成的
颜色的光谱组成
与被匹配的颜色光的光谱组成
可能很不一致的
这是因为在颜色匹配中
我们只能表达
被匹配颜色的外貌
也就是明度、色调和饱和度
而不能表达光谱的组成情况
颜色匹配方程我们是这么来写的
C就是我们要待匹配的颜色
其中正体的RGB代表
红绿蓝三原色
斜体的RGB分别代表
红绿蓝三原色的数量
也就是三刺激值
红绿蓝三种颜色
以不同的量值
当然这里面可能为负值 相混合
可以匹配出任意颜色
此外红绿蓝不是唯一能匹配
作用颜色的三种颜色
三种颜色只要其中的
某一种颜色
不能用其他两种颜色混合产生
就可以用这三种颜色
来匹配出所有的颜色
这节课就到此为止,谢谢!
-1.1.1 课程背景和内容简介
-1.1.2 光学工程的特点
--光学工程的特点
-1.1.3 本课程的学习方法
--本课程的学习方法
--外部链接
-1.2.1 微积分基础知识
--微积分基础知识
-1.2.2 光学工程中的常用函数
-1.2.3 常用函数的运算与变换
-扩展阅读
--SPIE课程:Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff
--SPIE课程:A Day Without Photonics-A Modern Horror Story
--SPIE课程:Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community
--版权说明
-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律
-2.1.2 成像基本概念
--成像基本概念
-2.1.3 费马原理
--费马原理
-2.1.4 等光程成像
--等光程成像
-2.1.5 常用曲面形状
--常用曲面形状
-第一次作业--作业
-2.2.1 近轴光学基本概念
--近轴光学基本概念
-2.2.2 近轴球面成像
--近轴球面成像
-2.2.3 近轴球面成像放大率
-2.2.4 物像空间及光学不变量
-2.2.5 矩阵光学简介
--矩阵光学简介
-2.2.6 矩阵光学应用
--矩阵光学应用
-第二次作业--作业
-2.3.1 理想光学系统基本概念
-2.3.2 理想光学系统的基点与基面
-2.3.3 图解法求像
-2.3.4 解析法求像
-2.3.5 理想光学系统的放大率
-2.3.6 理想光学系统焦距关系
-2.3.7 理想光学系统组合
-2.3.8 透镜与薄透镜
-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组
-第三次作业--作业
-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜
-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像
-2.4.3 反射棱镜成像方向
-2.4.4 棱镜转动定理
-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜
-2.4.6 光学材料简介
-第四次作业--作业
-2.5.1 光阑简介与孔径光阑
-2.5.2 视场光阑与渐晕
-2.5.3 远心光路
-2.5.4 景深
--2.5.4 景深
-第五次作业--作业
-2.6.1 光度学与色度学基础
-2.6.2 视见函数和光度学
-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律
-2.6.4 色度学基本概念
-2.6.5 CIE标准色度学系统
-第六次作业--作业
-2.7.1 球差
--2.7.1 球差
-2.7.2 色差
--2.7.2 色差
-2.7.3 子午像差和弧矢像差
-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变
-2.7.5 垂轴像差、波像差
-2.7.6 光学传递函数
-第七次作业(像差)--作业
-2.8.1 人眼的光学模型
-2.8.2 人眼的缺陷与校正
-2.8.3 人眼的景深
-2.9.1 光学系统的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率(光学系统分辨率)
-2.9.2 人眼的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)
-2.10.1 放大镜
-上篇:应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)
-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜
-2.11.1 望远系统
-2.11.2 望远镜的放大倍率
-2.11.3 望远镜的视觉放大率
-2.11.4 望远镜的分辨率
-第九次作业(望远镜)--作业
-2.12.1 显微镜及其放大率
-2.12.2 显微镜的视觉放大率
-2.12.3 显微镜的孔径光阑
-2.12.4 显微镜的机械筒长
-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率
-2.12.6 显微镜的景深
-2.12.7 显微镜的照明系统
-第九次作业(显微镜)--作业
-3.1.1 电磁场的波动性
-3.1.2 平面电磁波及其性质
-3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能
-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)
-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射
-3.2.3 菲涅耳公式
-3.2.4 全反射与倏逝波
-3.2.5 金属表面的反射
-3.2节课后习题--作业
-3.3.1 光的吸收、色散和散射
-3.4.1 光波的叠加
-3.5.1 干涉原理及相干条件
-3.5节课后习题--作业
-3.6.1 干涉图样计算
-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点
-3.6节课后习题--作业
-3.7.1 时间相干性
-3.7.2 空间相干性
-下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素
-3.8.1 干涉条纹的定域
-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉
-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉
-下篇:物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题
-3.9.1 斐索干涉仪
-3.9.2 迈克尔逊干涉仪
-下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用
-3.10.1 平行平板的多光束干涉
-3.10.2 F-P 干涉仪
-3.10.3 光学薄膜基础
-3.10.4 单层膜与多层膜
-3.10课后习题--作业
-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理
-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类
-3.11节习题--作业
-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义
-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射
-3.12.3 圆孔衍射
-3.12节习题--作业
-3.13.1 成像系统的分辨本领
-下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领
-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射
-3.14.2 光栅的分光性能
-3.14.3 几种典型光栅
-3.14节习题--作业
-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射
-3.15.2 菲涅耳透镜
-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)
-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法
-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质
-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数
-3.16节习题--作业
-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数
-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理
-3.17.3 全息术
-3.17节习题--作业
-3.18.1 偏振光概述
-3.18.2 光在晶体中的传播
-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播
-3.18.4 单轴晶体中光的传播
-3.18节习题--作业
-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)
-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示
-3.20节课后作业--作业
-3.21.1 偏振光的变换
-3.21.2 偏振光的测定
-3.21节课后习题--作业
-3.22.1 平面偏振光的干涉
-3.22.2 会聚偏振光的干涉
-3.22节课后习题--作业
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)
-3.23.2 电光效应(一)
-3.23.2 电光效应(二)
-3.23.3 声光效应
-下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题
-期末考试--作业





