(工程光学教学课件)第5章光度学与色度学基础

特定的光谱产生特定的视觉感受，但是特定的 视觉感受不一定只有一种光谱可以产生。因此， 试图用光谱来度量颜色是行不通的。
颜色的基本概念－混色
颜色的基本概念－混色
所谓混色，是将两种或者两种以上的彩色相混合，从 而产生新的彩色的过程。
混色有两种方法，一种是通过颜料的反射或吸色性质， 将两种不同颜色的颜料相混合，混合颜料将会具有新 的反射或吸色性质，从而得到新的颜色。这称为相减 混色。例如红色颜料，它因为反射白光中的红光而吸 收白光中的绿光和蓝光，故呈红色。而黄颜料则反射 白光中的红光和绿光而吸收白光中的蓝光，故呈黄色。 相减混色一般用于彩色印刷、印染、相纸行业等。 另一种混色方法是直接将不同彩色的光同时投射到人 眼，从而产生新的彩色感，这称为相加混色。
第五章 光度学与色度学基础
第一节 辐射量和光学量及其单位 第二节 光传播过程中光学量的变化规律 第三节 成像系统像面的光照度 第四节 颜色的分类及颜色的表现特征 第五节 颜色混合及格拉斯曼颜色混合定律 第六节 颜色匹配 第七节 色度学中的几个概念 第八节 颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值 第九节 CIE标准色度学系统 第十节 均匀颜色空间及色差公式
色调和饱和度又简称色度。
非彩色: 只有明度值的差别，而没有色调和饱和度， 只有灰度分级。 (灰度等级)
调色板：
基本颜色：8*6=48 基色：R、G、B，共10种，3R、3G、4B
（亮度不同、色调和饱和度相同）
如果要使得两个光源的色彩完全一致，是不是需 要两个光源的光谱分布完全一样呢？不是的。这是 人眼的又一个特性。即两个光谱分布完全不同的光 源有可能引起相同的色彩感，这称为人眼的“异谱 同色”效应。
色度学
色度学是本世纪发展起来的以物理光学、视觉生 理学和视觉心理学等学科领域为基础的综合性学科。 它超出了通常意义下的物理学范围，但又常常在物 理学中介绍它。在科学研究、生产和生活中有许多 现象往往和视觉联系在一起，这些现象是物理过程 和生理过程的一种混合。要完全理解这些现象，必 须研究视觉这个领域，特别是色的视觉，即色度 学所涉及的问题。
关于立体角 ▲立体角：
▲立体角的度量： 单位：球面(角)
度，英文sterad[‘st eræd]或steradian[s ti’reidiən]，简写sr
▲立体角的计算：
辐射通量－物体能量辐射能力的量度
1lm到底是多少呢？教室里的总光通量大约是多少？
光通量
光度学参数汇总
颜色立体→
图像是如何形成的？
总之，特定的光谱将让人感受到不同的亮度和 颜色，于是感受到五彩缤纷的世界
人眼如何看到图像？
视网膜上的像是倒立的吗？
人眼如何看到图像？
视网膜成像－功能强大的成像系统 快速无极变焦，自动光圈调整，光轴可变，环境 亮度自适应....一个功能极强大的成像系统
人眼的结构
人眼的特性－视见光谱范围
光谱是由不同波长的光组成的，不同波长所引起 的不同感觉就是色度；
纯色是指没有混入白色的窄带单色光，在视觉上 就是高饱和度的颜色。可见光谱的各种单色光是 最饱和的彩色。当光谱色搀入白光成分越多时， 就越不饱和。
图像是如何形成的？
用一个三维空间纺锤体形立体 可以把颜色的三种基本特性— 明度、色调和饱和度全部表示 出来。
图像是如何形成的？
光就是电磁波，电磁波的频谱对于光而言 就是光谱
太阳在大气层外和在海平面形成的光谱密度函数曲线
太阳光虽然很“白”，但并不“纯”
钨丝灯的相对光谱功率分布
钨丝灯发出的光中有很多是我们看不见的
图像是如何形成的？
视觉是外界光刺激作用于人的视觉神经而产生 的主观感觉。
视觉有三种特性，从描述视觉特性的心理物理 量来看，它们是亮度、主波长、纯度；从相应 的心理量来看，它们是明度、色度、饱和度。 亮度表示光的强度。物体表面或光源的亮度越高， 人感觉到的明度就越高。但二者的关系并不固定；
（2）可见光是能对人的视觉形成刺激，并能被人感 受的电磁辐射。因而人们很自然地用视觉受到刺激的 程度，即视觉感受来量度可见光。按视觉响应原则建 立的表征可见光的量称作光学量。
▲ 可以用辐射量和光学量这两种量值系统来度量可 见光。（1）把可见光做为纯物理现象来研究时，采用 辐射量量值系统；（2）研究与人的视觉有关问题时， 采用光学量量值系统更方便。
颜色的基本概念
颜色是一种和物理、生理及心理学有关的复杂现象。
周易——老子——五行——五色 周易认为：天地万物由太极、阴阳之道所生。 老子认为：一阴一阳之谓道，道生一，一生二， 二生三，三生万物。 万物用五行表示。五行生五色
五色为五行的象征，是天地四时万物本身色彩的一种高 度概括和抽象。
周易——老子——五行——五色
金木水火土 白青黑赤黄 西东北南中 义仁智礼信
五行生五色 五色代表五方和四 时
儒家色彩。五色定为正色 道家崇尚黑色
一、颜色分类：
颜色：非彩色：白、灰、黑 彩物理机制不同：
光源色：自发光（不同波长）形成的颜色
物体色：被照物体反射、透射光形成的颜色
荧光色：被照物体分子发生跃迁，当向低能级跃回时 发出的颜色，也包括反射和透射时由于吸收不同而形 成的颜色。
人可以看到的频谱范围很窄
电视信号的频谱在哪里？手机信号的频谱呢？
怎样比较两个物体哪个更亮？ 怎样比较两个光源哪个发光效率更高？
光度学
色度学
怎样定量的表述一个物体的颜色？ 怎么定量的区分鲜红色和暗红色的差异？
分清两点：
（1）可见光是波长在3.8×10-7～7.6×10-7m 的电磁 辐射，描述电磁辐射的物理量，即辐射量，也可用来 描述可见光；
二、颜色的表观特征
亮度：表征颜色的明亮程度。（亮度、反射率、 透过率越大，明度越高。）一般来说，彩色光能 量大则显得亮。
色调：表征不同颜色特征的量，反映颜色的类别， 如红色、绿色、蓝色等。光谱色指不同波长的光 在人的视觉上呈现不同的色感。
饱和度：颜色接近光谱色的程度。一种颜色越接 近光谱色，其饱和度越好。对于同一色调的彩色 光，其饱和度越高，颜色就越深，或越纯。