色彩的物理理论
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色彩物理属性总结1. 色彩的基本概念在日常生活中,我们经常会接触到各种各样的颜色。
颜色是人类视觉系统对光的感知结果。
颜色的出现与光的特性有着密切的关系,因此,了解色彩的物理属性对理解颜色的形成和表现有着重要的意义。
2. 光的三原色色彩的基本要素有三个:红色、绿色和蓝色,简称RGB。
这三个颜色被称为光的三原色。
通过合理地调配这三种颜色的比例,我们可以合成出所有其他颜色,并且能够还原出原始的白光。
3. 颜色的可见光谱可见光谱是一种连续波长的光波集合,从红到紫分布在空间中形成一个连续的曲线。
这条曲线对应了不同波长的光波经过物体反射、折射、散射等过程后形成的光谱。
在可见光谱中,红色对应的波长较长,蓝色对应的波长较短,紫色位于光谱的一端。
不同的颜色对应着不同的波长区间,这也是导致人们观察到不同颜色的原因。
4. 光的折射和反射当光线从一种介质进入另一种介质时,会发生折射现象。
折射现象是由不同介质的光速不同所引起的。
当光从一种介质进入另一种介质时,光的传播方向会发生改变。
与折射相似,光线在与物体表面发生碰撞时也会发生反射现象。
通过反射,我们才能看到物体的颜色。
5. 色彩的亮度色彩的亮度在物理学中指的是光的强度,或者说是光的亮暗程度。
亮度由光的强弱决定,与颜色的明暗程度有关。
当光的强度较大时,我们觉得光线明亮,当光的强度较小时,我们觉得光线暗淡。
亮度可以通过改变光的强度来进行调节。
在显示器等设备上,我们可以通过调节亮度来达到不同的视觉效果。
6. 色彩的饱和度色彩的饱和度定义了颜色的纯度或者说浓度。
饱和度越高,颜色就越“纯粹”,越饱和。
饱和度较高的颜色在色彩空间中相对突出,而饱和度较低的颜色则相对较暗。
通过控制颜色的饱和度,我们可以调节视觉效果的明暗程度和柔和程度。
在图像处理和设计中,饱和度的调整可以对图像进行艺术化处理,增强图像的观赏性。
7. 色彩的色温色温是指物体投射或反射出的光线的明亮和暖寒感觉的程度。
色温与光的波长有关,我们通常将色温分为冷色调和暖色调两种。
颜色的物理学原理和色彩模型颜色是我们生活中不可或缺的一部分,它可以让我们感受到世界的丰富多彩。
然而,你是否曾经想过颜色到底是如何形成的呢?颜色背后有着什么样的物理学原理和色彩模型呢?在本文中,我们将带你深入了解关于颜色的一些基本知识。
一、颜色的物理学原理我们知道,白光是由多种光线混合而成的,这些光线被称为光谱。
当白光照射到物体表面时,某些光线会被物体吸收,而另一些光线则会被反射或透射。
我们所看到的颜色就是由这些反射或透射的光线构成的。
在物理学中,颜色是通过波长来描述的,波长越长的光线看起来就越红,而波长越短的光线则越蓝紫。
这就是为什么我们说红色是高波长的颜色,而紫色是低波长的颜色。
此外,我们还需要了解到的一些概念就是颜色的亮度、饱和度和色调。
亮度指的是颜色的明暗程度,饱和度表示颜色的鲜艳程度,而色调则指的是颜色的基本色系,例如红色、蓝色或绿色等。
二、色彩模型在计算机和数字媒体的应用中,颜色是用数值来表示的。
而为了方便管理和处理颜色,我们需要用到色彩模型。
下面是几种适用于计算机和数字媒体颜色的主要色彩模型。
1. RGB模型RGB模型是最常用的色彩模型之一,它是由红、绿、蓝三种基本颜色组成的。
在RGB模型中,每种颜色都可以由0至255的整数来表示,其中0表示最小值,而255表示最大值。
当三种基本颜色都为0时,颜色为黑色,而当它们都为255时,颜色则为白色。
由于RGB模型可以产生出各种各样的颜色,因此它被广泛用于数字设备的显示和色彩处理。
2. CMYK模型CMYK模型是一种主要用于打印和印刷的色彩模型,它由青色、品红、黄色和黑色四种颜色组成。
在CMYK模型中,每种颜色也都可以由0至100的百分比来表示,其中0表示最少,而100表示最多。
当四种基本颜色都为100%时,颜色为黑色,而当它们都为0%时,颜色则为白色。
需要注意的是,由于光线和油墨的物理特性不同,因此所显示的颜色和打印出来的颜色可能存在一定的差异。
第一章色彩产生的原理学习目标:通过了解色彩产生的原理,对色彩有科学的认识。
掌握色彩的基本属性和特征、色彩在设计中的应用。
通过色彩规律的认识,培养学生对色彩的感知、理解和运用能力。
重点难点:重点:理解色彩的物理性质,掌握色彩的基本特征。
难点:色立体以及色彩体系的应用。
1 1.1 色彩的物理理论 1.1.1 光与色光是色彩的重要来源,没有光就没有色彩。
在原始社会时期,由于知识的局限,人们误以为世界是五彩缤纷的,与光没什么关系。
然而,当黑夜降临的时候,人们发现五彩缤纷的世界在我们的视线中消失了。
随着时代的发展,人们的认识能力进步了,后来发现世界本是无色的,由于有了光的照射才能显现出五彩缤纷的世界。
因此,我们要从科学的角度来认识色彩,世界万物的色彩是由光的刺激所引起的,是从光→物体→眼睛→大脑的整体过程。
色彩是光刺激眼睛再传入到大脑的视觉中枢产生的感觉。
明确地讲,是人的眼睛起了重要作用并赋予了色彩最终的效果。
色彩是人的一种感觉,是人的大脑和思想赋予了它最终的意义,没有光、物体、眼睛、大脑,就没有色彩,没有五彩缤纷的世界。
所以,光,物体,正常的视觉是产生色彩的必要条件。
1.1.2 光谱1666年,英国物理学家牛顿利用三棱镜科学地证明了自然光包涵了所有的光谱色,而物体色是对太阳光的反射形成的。
这一发现也使色彩研究走上了科学的轨道(如图1-1所示)。
三棱镜实验证明白色的太阳光被分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
其中宽窄不一的颜色以固定顺序构成一条美丽的色带,这图1-1 就是光谱(如图1-2和图1-3所示)。
图1-2 图1-3 1.1.3 色彩的可知性我们感受到的白色光实际上是由七种色光混合而成的,当白光通过三棱镜时,各种色光由于波长不同,有着不同的折射率。
其中,红色波长最长,折射率最小;而紫色波长最短,折射率最大。
不同的色相表明了不同的电磁辐射工作范围,不同的电磁2 辐射的范围有不同的宽窄。
在电磁辐射中只有波长为380nm~780nm之间的电磁辐射能被我们视觉感受到,这就是可见光的范围,只占光谱中的很小一部分。
初二物理光的色彩知识点
一、光的色彩颜色。
(一)光源。
1. 定义。
- 自身能发光的物体叫做光源。
例如太阳、点燃的蜡烛、发光的电灯等。
2. 分类。
- 天然光源:像太阳、萤火虫等自然界中本身就能发光的物体。
- 人造光源:像电灯、蜡烛等由人类制造出来的发光物体。
(二)光的色散。
1. 实验现象。
- 牛顿用三棱镜将太阳光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的现象叫光的色散。
这表明太阳光是由多种色光混合而成的。
2. 彩虹的形成。
- 彩虹是太阳光传播过程中被空气中的水滴色散(折射)而产生的现象。
(三)色光的混合。
1. 色光的三原色。
- 红、绿、蓝三种色光按不同比例混合,可以产生各种颜色的光,所以把红、绿、蓝叫做色光的三原色。
例如,红光和绿光混合可以得到黄光;红光和蓝光混合可以得到品红;绿光和蓝光混合可以得到青光;红、绿、蓝三种色光混合在一起就得到了白光。
(四)物体的颜色。
1. 透明物体的颜色。
- 透明物体的颜色是由它透过的色光决定的。
例如,红色玻璃只能透过红光,蓝色玻璃只能透过蓝光。
2. 不透明物体的颜色。
- 不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的。
例如,红色的衣服只能反射红光,吸收其他色光;白色物体能反射所有色光,黑色物体能吸收所有色光。
色彩的物理理论——色彩原理1.光与色没有光源便没有色彩感觉,人们凭借光才能看见物体的形状、色彩,从而认识客观世界。
什么是光呢?从广义上讲,光在物理学上是一种客观存在的物质(而不是物体),它是一种电磁波。
电磁波包括宇宙射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波等。
它们都各有不同的波长和振动频率。
在整个电磁波范围内,并不是所有的光都有色彩,更确切地说,并不是所有的光的色彩我们肉眼都可以分辨。
只有波长在 380纳米至 780纳米之间的电磁波才能引起人的色知觉。
这段波长的电磁波叫可见光谱,或叫做光。
其余波长的电磁波,都是肉眼所看不见的,通称不可见光。
如:长于780纳米的电磁波叫红外线,短于380纳米的电磁波叫紫外线。
实际上,阳光的七色是由红、绿、紫三色不同的光波按不同比例混合而成,我们把这红、绿、紫三色光称为三原色光(目前彩色电视所采用的是红、绿、蓝,实际上混合不出所有自然界之色,只是方便而已,但光学一直采用红、绿、蓝为三原色,这里我们可以通过“色图”来表示),国际照明学会规定分别用x、y、z来表示它们之间的百分比。
由于是百分比,三者相加必须等于1,故色调在色图中只需用x、y两值即可。
将光谱色中各段波长所引起的色调感觉在x、y平面上做成图标时,即得色图(见图2)。
因白色感觉可用等量的红、绿、紫(蓝紫)三色混合而得,故图中愈接近中心的部分,表示愈接近于白色,也就是饱和度愈低;而在边缘曲线部分,则饱和度愈高。
因此,图中一定位置相当于物体色的一定色调和一定的饱和度。
1666年,英国物理学家牛顿做了一次非常著名的实验,他用三棱镜将太阳白光分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色色带。
据牛顿推论:太阳的白光是由七色光混合而成,白光通过三棱镜的分解叫做色散,虹就是许多小水滴为太阳白光的色散,各色波长如下:单位:纳米可见光谱表:光的物理性质由光波的振幅和波长两个因素决定。
波长的长度差别决定色相的差别,波长相同,而振幅不同,则决定色相明暗的差别。
七彩色原理引言:七彩色原理是指通过适当的光源和材料,使得物体能够发出或反射出七种基本颜色,从而形成多彩的色彩效果。
这一原理在各个领域都有广泛的应用,如艺术、设计、科学等。
本文将从物理、心理和文化等角度,探讨七彩色原理的相关知识。
一、物理角度1. 光的色彩构成:根据物理学的理论,白光是由多种不同波长的光混合而成的。
而这些不同波长的光经过适当的分光装置,如三棱镜,就可以得到七种基本颜色,即红、橙、黄、绿、青、蓝和紫。
2. 光的反射和吸收:物体的颜色是由于其对不同波长光的反射和吸收程度不同而形成的。
例如,红色的物体会吸收除红光以外的其他光,只反射红光,所以我们看到它是红色的。
二、心理角度1. 颜色的心理效应:不同颜色的光会对人的心理产生不同的影响。
例如,红色会让人感到兴奋和热情,蓝色则给人带来安静和冷静的感觉。
这是因为颜色与人的情绪和心理状态有着密切的联系。
2. 色彩搭配的原则:人们在设计、装饰和艺术创作中常常运用七彩色原理来进行色彩搭配。
例如,互补色搭配(如红绿、黄紫)可以产生强烈的对比效果,而类似色搭配(如红橙黄)则会给人一种温暖和和谐的感觉。
三、文化角度1. 色彩的象征意义:不同颜色在不同文化中有着不同的象征意义。
例如,在中国文化中,红色象征着喜庆和吉祥;而在西方文化中,红色则代表热情和爱情。
这种文化差异使得七彩色原理在跨文化交流中也具有重要的意义。
2. 色彩的文化应用:七彩色原理在文化创作中也得到了广泛的应用。
例如,在舞台剧和电影中,通过灯光的运用,可以创造出不同的色彩氛围,增强观众的观赏体验。
同时,在节日庆典等场合,也会使用七彩色的烟花和灯饰来营造欢乐的氛围。
结论:七彩色原理是光学、心理学和文化学的交叉领域,它的应用范围广泛且多样化。
通过了解七彩色原理,我们可以更好地理解和运用色彩,创造出更丰富多彩的生活和艺术作品。
同时,七彩色原理也反映了不同文化对颜色的理解和运用,展示了人类智慧和创造力的卓越表现。
⾊彩物理理论:⾊彩的种类与基本特性zz⾊彩的种类 丰富多样的颜⾊可以分成两个⼤类⽆彩⾊系和有彩⾊系:1.⽆彩⾊系 ⽆彩⾊系是指⽩⾊、⿊⾊和由⽩⾊⿊⾊调合形成的各种深浅不同的灰⾊。
⽆彩⾊按照⼀定的变化规律,可以排成⼀个系列,由⽩⾊渐变到浅灰、中灰、深灰到⿊⾊,⾊度学上称此为⿊⽩系列。
⿊⽩系列中由⽩到⿊的变化,可以⽤⼀条垂直轴表⽰,⼀端为⽩,⼀端为⿊,中间有各种过渡的灰⾊。
纯⽩是理想的完全反射的物体,纯⿊是理想的完全吸收的物体。
可是在现实⽣活中并不存在纯⽩与纯⿊的物体,颜料中采⽤的锌⽩和铅⽩只能接近纯⽩,煤⿊只能接近纯⿊。
⽆彩⾊系的颜⾊只有⼀种基本性质——明度。
它们不具备⾊相和纯度的性质,也就是说它们的⾊相与纯度在理论上都等于零。
⾊彩的明度可⽤⿊⽩度来表⽰,愈接近⽩⾊,明度愈⾼;愈接近⿊⾊,明度愈低。
⿊与⽩做为颜料,可以调节物体⾊的反射率,使物体⾊提⾼明度或降低明度。
.有彩⾊系(简称彩⾊系) 彩⾊是指红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜⾊。
不同明度和纯度的红橙黄绿青蓝紫⾊调都属于有彩⾊系。
有2.有彩⾊系彩⾊是由光的波长和振幅决定的,波长决定⾊相,振幅决定⾊调。
⾊彩的基本特性 有彩⾊系的颜⾊具有三个基本特性:⾊相、纯度(也称彩度、饱和度)、明度。
在⾊彩学上也称为⾊彩的三⼤要素或⾊彩的三属性。
.⾊相 1.⾊相 ⾊相是有彩⾊的最⼤特征。
所谓⾊相是指能够⽐较确切地表⽰某种颜⾊⾊别的名称。
如玫瑰红、桔黄、柠檬黄、钴蓝、群青、翠绿……从光学物理上讲,各种⾊相是由射⼈⼈眼的光线的光谱成分决定的。
对于单⾊光来说,⾊相的⾯貌完全取决于该光线的波长;对于混合⾊光来说,则取决于各种波长光线的相对量。
物体的颜⾊是由光源的光谱成分和物体表⾯反射(或透射)的特性决定的。
.纯度(彩度、饱和度)2.纯度 ⾊彩的纯度是指⾊彩的纯净程度,它表⽰颜⾊中所含有⾊成分的⽐例。
含有⾊彩成分的⽐例愈⼤,则⾊彩的纯度愈⾼,含有⾊成分的⽐例愈⼩,则⾊彩的纯度也愈低。
色彩的物理特性和心理效应色彩是一个十分神奇的存在,它不仅给人眼睛带来视觉上的愉悦,还通过心理影响改变了我们的情绪、行为和心态。
在本文中,我会从色彩的物理特性和心理效应两个方面对它进行探究。
一、色彩的物理特性在物理学的角度,色彩可以理解为不同波长的光线通过人眼后形成的感官体验。
在可见光谱范围内,波长越长,光线就越偏向红色;波长越短,光线就越偏向蓝紫色。
因此,红色、橙色、黄色、绿色、青色和紫色是我们熟知的六种基本颜色。
除了基本颜色外,混合颜色也是构成色彩世界的不可或缺的一部分。
例如,在光线颜色混合的情况下,红色和绿色可以形成黄色,红色和蓝色可以形成洋红色。
在物质颜料混合的情况下,红色和黄色可以形成橙色,黄色和蓝色可以形成绿色。
总体而言,色彩的物理特性在一定程度上决定了我们的色彩感受。
然而,色彩对人类心理的影响却远不止于此。
二、色彩的心理效应色彩对情绪产生了深远的影响。
不同的颜色往往激起不同的情绪和情感反应。
例如,红色被普遍认为是一种具有强烈情感的颜色,可以引起激烈、热情或狂热的感觉。
绿色则被认为是一种平和、沉稳的颜色,可以让人感到安心、平静。
蓝色则被认为是一种冷静、专注的颜色,可以让人感到思考和思维清晰。
此外,不同颜色也可以对身心健康带来影响。
例如,研究表明,蓝色可以降低人体的血压和心率,有助于缓解紧张和压力。
黄色可以让人感到愉快、满足和活力,但如果用在过多和过亮的情况下,也可能导致不适甚至头痛。
在不同文化和背景下,色彩的意义和心理效应可能会有所不同。
例如,在中国文化中,红色通常被认为是吉祥、喜庆的颜色,代表着幸福和繁荣。
但在西方文化中,红色可能更倾向于代表激情、热情和危险。
在设计、广告和品牌推广领域中,色彩的运用也是至关重要的。
通过选择合适的颜色组合,可以让消费者产生积极情感反应,提高品牌的辨识度和亲和力。
综上所述,色彩不仅是一种物理现象,还是一种心理现象。
其复杂的心理效应和文化背景下的意义,使之成为一个非常有趣和重要的话题。
一、色彩的物理效应色彩对人引起的视觉效果还反应在物理性质方面,如冷暖、远近、轻重、大小等,这不但是由于物体本身对光的吸收和反射不同的结果,而且还存在着物体间的相互作用的关系所形成的错觉,色彩的物理作用在室内设计中可以大显身手。
1、温度感在色彩学中,把不同色相的色彩分为热色、冷色和温色,从红紫、红、橙、黄到黄绿色称为热色,以橙色最热。
从青紫、青至青绿色称冷色,以青色为最冷。
紫色是红与青色混合而成,绿色是黄与青混合而成,因此是温色。
这和人类长期的感觉经验是一致的,如红色、黄色,让人似看到太阳、火、炼钢炉等,感觉热;而青色、绿色,让人似看到江河湖海、绿色的田野、森林,感觉凉爽。
但是色彩的冷暖既有绝对性,也有相对性,愈靠近橙色,色感愈热,愈靠近青色,色感愈冷。
如红比红橙较冷,红比紫较热,但不能说红是冷色。
此外,还有被色的影响,如小块白色与大面积红色对比下,白色明显地带绿色,即红色的补色的影响加到白色中。
2、距离感色彩可以使人感觉进退、凹凸、远近的不同,一般暖色系和明度高的色彩具有前进、凸出、接近的效果,而冷色系和明度较低的色彩则具有后退、凹进、远离的效果。
室内设计中常利用色彩的这些特点去改变空间的大小和高低。
3、重量感色彩的重量感主要取决于明度和纯度,明度和纯度高的显得轻,如桃红、浅黄色。
在室内设计的构图中常以此达到平衡和稳定的需要,以及表现性格的需要如轻飘、庄重等。
4、尺度感色彩对物体大小的作用,包括色相和明度两个因素。
暖色和明度高的色彩具有扩散作用,因此物体显得大,而冷色和暗色则具有内聚作用,因此物体显得小。
不同的明度和冷暖有时也通过对比作用显示出来,室内不同家具、物体的大小和整个室内空间的色彩处理有密切的关系,可以利用色彩来改变物体的尺度、体积和空间感,使室内各部分之间关系更为协调。
二、色彩对人的生理和心理反应生理心理学表明感受器官能把物理刺激能量,如压力、光、声和化学物质,转化为神经冲动,神经冲动传到到脑而产生感觉和知觉,而人的心理过程,如对先前经验的记忆、思想、情绪和注意集中等,都是脑较高级部位以一定方式所具有的机能,它们表现了神经冲动的实际活动。
亚伯斯色彩的相互作用
色彩的相互作用是现代色彩学中的一个重要概念,它强调了不同色彩之间相互影响、相互作用的关系。
这一理论是由物理学家爱因斯坦和艺术家亚伯斯共同提出的。
亚伯斯在他的著作《色彩的相互作用》中详细阐述了这一理论。
他认为,色彩之间存在着相互作用和影响,当两种或多种色彩同时出现在一个视觉场景中时,它们会相互影响,产生出新的色彩效果。
这种相互作用不仅发生在相邻的色彩之间,也发生在整个视觉场景中的所有色彩之间。
具体来说,色彩的相互作用表现在以下几个方面:
色彩的对比:当两种或多种色彩同时出现时,它们会形成对比关系,产生出新的色彩效果。
例如,当红色和绿色同时出现时,红色会显得更加鲜艳,而绿色则会显得更加暗淡。
这种对比关系是由于不同色彩之间的相互作用所导致的。
色彩的混合:当两种或多种色彩混合在一起时,它们会形成新的颜色。
这种混合可以是物理上的混合,如将不同颜色的颜料混合在一起,也可以是视觉上的混合,如将不同颜色的光混合在一起。
色彩的适应:当人眼长时间注视某种颜色时,会产生视觉适应现象。
这时,人眼对这种颜色的感知会发生变化,对其他颜色的感知也会受到影响。
这种适应现象是由于人眼对不同颜色之间的相互作用所导致的。
综上所述,色彩的相互作用是一个复杂的过程,涉及到多个方面的因素。
了解这一理论有助于我们更好地理解和掌握色彩的运用,提高我们的视觉感知和审美能力。
知识点二:色彩的物理性1、掌握三棱镜原理。
2、了解光谱中补色的概念。
3、了解光谱色的波长和频率。
4、理解物体色彩的应减色概念。
知识点主要内容:一、牛顿的三棱镜原理1676年,艾萨克·牛顿用三棱镜将白色太阳光分离成色彩光谱。
这张光谱包含除紫红色外的所有色相,这就是连续的色带,有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各色。
如果将这个图像用聚光透镜加以聚合,这些色彩的汇集就会重新变成白色。
二、光谱中补色的概念相互混合后变成白光的这两种色光称为互补色。
如果我们从棱镜光谱中将一种色相,比如说绿色分离出来,而且用透镜将剩下的红、橙、蓝、紫几种色彩聚合起来,获得的调合色是红色,那么它就是绿色的补色。
每一种光谱色相是所有其他光谱色相混合获得的色的补色。
三、色彩与光波色彩产生于光波,光波是一种特殊的电磁能。
人眼能看到的光波长度在380至780毫微米之间。
每一种光谱色的波长和按周/秒计算的相应频率如下:色彩波长(毫微米)频率(周/秒)红780~650 400~470橙640~590 470~520黄580~550 520~590绿530~490 590~650蓝480~460 650~700青450~440 700~760紫430~380 760~800从红到紫的光波间隔接近一倍,即一个音阶。
光波本身没有色彩,色彩是在人的眼睛里和大脑里产生的。
四、物体色彩的应减色概念了解上述的问题后,应考虑到物体色彩的重要问题。
例如:我们在一个强光灯前握一只红色和一只绿色的过滤器,将两者放在一起时就会产生黑色和暗色。
红色滤色器把光谱上除了红色色域以外的所有射线都吸收了,而绿色过滤器则吸收了除绿色以外的所有射线,这样就没有色彩留下来,所以效果是黑的。
由吸引作用所产生的色彩通常称为应减色。
客观物体的色彩主要是这种性质的应减色。
一只红色的器皿看上去是红色的,因为它吸收了光的其他所有色彩,而仅仅反映了红色。
物体本身没有色彩,光产生色彩。
色彩理论知识:什么是色彩干涉色彩干涉是一种物理现象,指光线通过物质后发生重叠、干涉而产生的变化色彩。
这种变化是由于不同波长的光线相互干涉所造成的。
在光线经过物质时,会发生反射、折射、透射等现象。
当光线通过物质时,由于不同波长的光线速度不同,因此会发生干涉现象。
干涉可以分为两种类型:建立干涉和破坏干涉。
建立干涉是指不同波长的光线相互干涉,从而形成彩色光束。
破坏干涉是指不同波长的光线相互干涉,从而产生颜色补偿的现象。
在色彩干涉中,存在一个叫做薄膜干涉的现象。
薄膜干涉是指光线通过一种厚度很小的透明薄膜时,会发生干涉现象。
这种现象可以在很多地方观察到,例如油膜、泡沫、薄膜等透明物体中都能看到薄膜干涉的现象。
实际上,薄膜干涉是由于光线在通过透明薄膜时,发生了两次反射:一次反射在上表面上,一次反射在底部表面上。
这两次反射会将光线分成不同的波长,从而产生干涉现象。
在薄膜干涉现象中,由于不同波长的光线经过反射后会在不同的位置相遇,因此会产生不同的干涉色。
例如,透明薄膜会在一定波长的光线下显示出暗绿色的干涉色。
这是因为,当透明薄膜反射波长为546纳米的绿色光时,会产生干涉现象,从而产生暗绿色的干涉色。
在实际应用中,色彩干涉是一个很重要的领域。
在制造某些产品时,如眼镜镜片、涂料、化妆品等,需要考虑色彩干涉的效应。
这些产品需要显示出特定的颜色和效果,因此需要对色彩干涉进行深入研究和应用。
总之,色彩干涉是一种重要的物理现象,它不仅可以在日常生活中看到,而且在实际应用中也有很重要的应用价值。
因此,对色彩干涉的深入研究和应用,对生产生活都有着重要的意义。
第二章色彩的物理理论第一节光源一、色与光的关系我们生活在一个多彩的世界里。
白天,在阳光的照耀下,各种色彩争奇斗艳,并随着照射光的改变而变化无穷。
但是,每当黄昏,大地上的景物,无论多么鲜艳,都将被夜幕缓缓吞没。
在漆黑的夜晚,我们不但看不见物体的颜色,甚至连物体的外形也分辨不清。
同样,在暗室里,我们什么色彩也感觉不到。
这些事实告诉我们:没有光就没有色,光是人们感知色彩的必要条件,色来源于光。
所以说:光是色的源泉,色是光的表现。
为了了解色彩产生的原因,首先必须对光作进一步的了解。
二、光的本质人们对光的本质的认识,最早可以追溯到十七世纪。
从牛顿的微粒说到惠更斯的弹性波动说,从麦克斯韦的电磁理论,到爱因斯坦的光量子学说,以至现代的波粒二象性理论。
光按其传播方式和具有反射、干涉、衍射和偏振等性质来看,有波的特征;但许多现象又表明它是有能量的光量子组成的,如放射、吸收等。
在这两点的基础上,发展了现代的波粒二象性理论。
光的物理性质由它的波长和能量来决定。
波长决定了光的颜色,能量决定了光的强度。
光映射到我们的眼睛时,波长不同决定了光的色相不同。
波长相同能量不同,则决定了色彩明暗的不同。
在电磁波辐射范围内,只有波长380nm到780nm(1nm=10-6mm)的辐射能引起人们的视感觉,这段光波叫做可见光。
如图2-1所示。
在这段可见光谱内,不同波长的辐射引起人们的不同色彩感觉。
英国科学家牛顿在1666年发现,把太阳光经过三棱镜折射,然后投射到白色屏幕上,会显出一条象彩虹一样美丽的色光带谱,从红开始,依次接临的是橙、黄、绿、青、蓝、紫七色。
如图2-2所示。
这是因为日光中包含有不同波长的辐射能,在它们分别刺激我们的眼睛时,会产生不同的色光,而它们混合在一起并同时刺激我们的眼睛时,则是白光,我们感觉不出它们各自的颜色。
但是,当白光经过三棱镜时,由于不同波长的折射系数不同,折射后投影在屏上的位置也不同,所以一束白光通过三棱镜便分解为上述七种不同的颜色,这种现象称为色散。
从图2-2中可以看到红色的折射率最小,紫色最大。
这条依次排列的彩色光带称为光谱。
这种被分解过的色光,即使再一次通过三棱镜也不会再分解为其它的色光。
我们把光谱中不能再分解的色光叫做单色光。
由单色光混合而成的光叫做复色光,自然界的太阳光,白炽灯和日光灯发出的光都是复色光。
色散所产生的各种色光的波长如表2-1所示。
图2-1电磁波及可见光波长范围图2-2色散现象光色波长λ(nm)代表波长红(Red)780~630 700橙(Orange)630~600 620黄(Yellow)600~570 580 绿(Green)570~500 550青(Cyan)500~470 500蓝470~420 470(Blue)紫420~380 420(Violet)表2-1三、相对光谱能量分布一般的光源是不同波长的色光混合而成的复色光,如果将它的光谱中每种色光的强度用传感器测量出来,就可以获得不同波长色光的辐射能的数值。
图2-3就是一种用来测量各波长色光的辐射能仪器的简要原理图,这种仪器称为分光辐射度计。
图2-3 分光辐射度计原理图图2-3表明,光源经过左边的隙缝和透镜变成平行光束,投向棱镜的入射平面,当入射光通过棱镜时,由于折射,使不同波长的色光,以不同的角度弯折,从棱镜的入射平面射出。
任何一种分解后的光谱色光在离开棱镜时,仍保持为一束平行光,再由右边的透镜聚光,通过隙缝射在光电接收器上转换为电能。
如果右边的隙缝是可以移动的,就可以把光谱中任意一种谱色挑选出来,所以,在光电接收器上记录的是光谱中各种不同波长色光的辐射能。
若以φe表示光的辐射能,λ表示光谱色的波长,则定义:在以波长λ为中心的微小波长范围内的辐射能与该波长的宽度之比称为光谱密度。
写成数学形式:φe(λ)=dφe∕dλ (W/nm)光谱密度表示了单位波长区间内辐射能的大小。
通常光源中不同波长色光的辐射能是随波长的变化而变化的,因此,光谱密度是波长的函数。
光谱密度与波长之间的函数关系称为光谱分布。
在实用上更多的是以光谱密度的相对值与波长之间的函数关系来描述光谱分布,称为相对光谱能量(功率)分布,记为S(λ)。
相对光谱能量分布可用任意值来表示,但通常是取波长λ=555nm处的辐射能量为100,作为参考点,与之进行比较而得出的。
若以光谱波长λ为横坐标,相对光谱能量分布S(λ)为纵坐标,就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线。
知道了光源的相对光谱能量分布,就知道了光源的颜色特性。
反过来说,光源的颜色特性,取决于在发出的光线中,不同波长上的相对能量比例,而与光谱密度的绝对值无关。
绝对值的大小只反映光的强弱,不会引起光源颜色的变化。
从图2-4中可以看到:正午的日光有较高的辐射能,它除在蓝紫色波段能量较低外,在其余波段能量分布均较均匀,基本上是无色或白色的。
荧光灯光源在405nm、430nm、540nm和580nm出现四个线状带谱,峰值在615nm,而后在长波段(深红)处能量下降,这表明荧光光源在绿色波段(550nm~560nm)有较高的辐射能,而在红色波段(650nm~700nm)辐射能减弱。
对比之下,白炽灯光源,它在短波蓝色波段,辐射能比荧光光源低,而在长波红色区间,有相对高的能量。
因此,白炽灯光源,总带有黄红色。
红宝石激光器发出的光,其能量完全集中在一个很窄的波段内,大约为694nm,看起来是典型的深红色。
在颜色测量计算中,为了使其测量结果标准化,就要采用CIE标准光源(如A、B、C、D65等)。
CIE标准光源将在以后介绍。
图2-4根据对图2-4各曲线的分析表明,没有一种实际光源的能量分布是完全均匀一致的,也没有一种完全的白光;然而,尽管这些光源(自然光或人造光)在光谱分布上有很大的不同,在视觉上也有差别,但由于人眼有很大的适应性,因此,习惯上这些光都称为"白光"。
但是在色彩的定量研究中,1931年国际照明委员会(缩写CIE)建议,以等能量光谱作为白光的定义,等能白光的意义是:以辐射能作纵坐标,光谱波长为横坐标,则它的光谱能量分布曲线是一条平行横轴的直线。
即:S(λ)=C(常数)。
等能白光分解后得到的光谱称为等能光谱,每一波长为λ的等能光谱色色光的能量均相等。
四、光源色温能自行发光的物体叫做光源。
光源的种类繁多,形状千差万别,但大体上可分为自然光源和人造光源。
自然光源受自然气候条件的限制,光色瞬息万变,不易稳定,如最大的自然光源太阳。
人造光源有各种电光源和热辐射光源,如电灯光源等。
不同的光源,由于发光物质不同,其光谱能量分布也不相同。
一定的光谱能量分布表现为一定的光色,对光源的光色变化,我们用色温来描述。
根据能量守恒定律:物体吸收的能量越多,加热时它辐射的本领愈大。
黑色物体对光能具有较大的吸收能力。
如果一个物体能够在任何温度下全部吸收任何波长的辐射,那么这个物体称为绝对黑体。
绝对黑体的吸收本领是一切物体中最大的,加热时它辐射本领也最大。
天然的、理想的绝对黑体是不存在的。
人造黑体是用耐火金属制成的具有小孔的空心容器,如图2-5所示,进入小孔的光,将在空腔内发生多次反射,每次反射都被容器的内表面吸收一部分能量,直到全部能量被吸收为止,这种容器的小孔就是绝对黑体。
图2-5绝对黑体示意图黑体辐射的发射本领只与温度有关。
严格地说,一个黑体若被加热,其表面按单位面积辐射光谱能量的大小及其分布完全决定于它的温度。
因此我们把任一光源发出的光的颜色与黑体加热到一定温度下发出的光的颜色相比较,来描述光源的光色。
所以色温可以定义为:"当某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。
"因此,色温是以温度的数值来表示光源颜色的特征。
在人工光源中,只有白炽灯灯丝通电加热与黑体加热的情况相似。
对白炽灯以外的其它人工光源的光色,其色度不一定准确地与黑体加热时的色度相同。
所以只能用光源的色度与最相接近的黑体的色度的色温来确定光源的色温,这样确定的色温叫相对色温。
色温用绝对温度"K"表示,绝对温度等于摄氏温度加273。
如正午的日光具有色温为6500K,就是说黑体加热到6500K时发出的光的颜色与正午的颜色相同。
其它如白炽灯色温约为2600K。
表2-2列出了一些常见的光源色温。
色温是光源的重要指标,一定的色光具有一定的相对能量分布:当黑体连续加热,温度不断升高时,其相对光谱能量分布的峰值部位将向短波方向变化,所发的光带有一定的颜色,其变化顺序是红-黄-白-蓝。
表2-2 常见光源色温光源色温(K)晴天室外光13000全阴天室外6500光白天直射日5550光45°斜射日光4800昼光色、荧6500光灯氙灯5600炭精灯5500~6500五、光源显色性人类在长期的生产生活实践中,习惯于在日光下辨认颜色。
尽管日光的色温和光谱能量分布随着自然条件的变化有很大的差异,但人眼的辨认能力依然是准确的。
这是人们在自然光下长期实践对颜色形成了记忆的结果。
随着照明技术的发展,许多新光源的开发利用,人们经常在不同的环境下辨认颜色。
有些灯光的颜色与日光很相似如荧光灯、汞灯等,但其光谱能量分布与日光却有很大的差别。
这些光谱中缺少某些波长的单色光成份。
人们在这些光源下观察到的颜色与日光下看到的颜色是不同的,这就涉及到光源的显色性问题。
什么是光源的显色性?由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉,而在日光下物体显现的颜色是最准确的。
因此,可以用日光标准(参照光源),将白炽灯、荧光灯、钠灯等人工光源(待测光源)与其比较,显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性。
我国国家标准"光源显色性评价方法GB5702-85"中规定用普朗克辐射体(色温低于5000K)和组合日光(色温高于5000K)做参照光源。
为了检验物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度,采用"一般显色性指数"作为定量评价指标。
显色性指数最高为100。
显色性指数的高低,就表示物体在待测光源下"变色"和"失真"的程度。
例如,在日光下观察一副画,然后拿到高压汞灯下观察,就会发现,某些颜色已变了色。
如粉色变成了紫色,蓝色变成了蓝紫色。
因此,在高压汞灯下,物体失去了"真实"颜色,如果在黄色光的低压钠灯底下来观察,则蓝色会变成黑色,颜色失真更厉害,显色指数更低。
光源的显色性是由光源的光谱能量分布决定的。
日光、白炽灯具有连续光谱,连续光谱的光源均有较好的显色性。
通过对新光源的研究发现,除连续光谱的光源具有较好的显色性外,由几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果。