【正文】 第一章 彩色與視覺特性 ? 光的性質 ? 人眼的視覺特性 ? 色度學 1 光的性質 可見光譜 光是一種電磁輻射 。 電磁輻射的波長范圍很寬 ， 按波長從長到短的順序排列 ， 依次是無線電波 、 紅外線 、 可見光 、 紫外線 、 X射線和宇宙射線等 。 圖 11是電磁波按波長的順序排列的電磁波譜 。 2 第一章 彩色與視覺特性 圖 11 電磁輻射波譜 3 第一章 彩色與視覺特性 ? 波長在 380～ 780nm范圍內(nèi)的電磁波能夠使人眼產(chǎn)生顏色感覺，稱為可見光。可見光在整個電磁波譜中只占極小的一段 。 ? 可見光譜的波長由 780nm向 380nm變化時， 人眼產(chǎn)生的顏色感覺依次是紅、橙、黃、綠、青、藍、 紫 7色。 ? 一定波長的光譜呈現(xiàn)的顏色稱為光譜色。太陽光包含全部可見光譜，給人以白色感覺。光譜完全不同的光，人眼有時會有相同的色感。 ? 用波長 540nm的綠光和 700nm的紅光按一定比例混合可以使人眼得到 580nm黃光的色感。 這種由不同光譜混合出相同色光的現(xiàn)象叫 同色異譜 。 4 第一章 彩色與視覺特性 ? 物體的顏色 ? 物體分為發(fā)光體和不發(fā)光體 。 發(fā)光體的顏色由它本身發(fā)出的光譜所確定 ， 如白熾燈發(fā)黃和熒光燈發(fā)白 ， 各自有其特定的光譜色 。 ? 不發(fā)光體的顏色與照射光的光譜和不發(fā)光體對照射光的反射 、 透射特性有關 。 紅旗反射太陽光中的紅色光 、 吸收其他顏色的光而呈紅色； 綠葉反射綠色的光 、 吸收其他顏色的光而呈綠色；白紙反射全部太陽光而呈白色； 黑板能吸收全部太陽光而呈黑色 。 綠葉拿到暗室的紅光下觀察成了黑色 ， 這是因為紅光源中沒有綠光成分 ， 樹葉吸收了全部紅光而呈黑色 。 5 光的混色例子 第一章 彩色與視覺特性 ? 標準光源 ? 在彩色電視系統(tǒng)中 ， 用標準白光作為照明光源 。 為了便于對標準白光進行比較和計算 ， 用絕對黑體的輻射溫度 —— 色溫表示光源的光譜性能 。 ? 絕對黑體也稱全輻射體 ， 是指不反射 、 不透射 ， 完全吸收入射輻射的物體 。 它對所有波長輻射的吸收系數(shù)均為 1。 絕對黑體在自然界是不存在的 ， 其實驗模型是一個中空的 、 內(nèi)壁涂黑的球體 ，在其上面開了一個小孔 ， 進入小孔的光輻射經(jīng)內(nèi)壁多次反射 、 吸收 ， 已不能再逸出到外面 ， 這個小孔就相當于絕對黑體 。 6 第一章 彩色與視覺特性 ? 絕對黑體所輻射的光譜與它的溫度密切相關 。 絕對黑體的溫度越高 ， 輻射的光譜中藍色成分越多 ， 紅色成分越少 。 ? 光源的色溫是這樣定義的：光源的可見光譜與某溫度的絕對黑體輻射的可見光譜相同或相近時 ， 絕對黑體的溫度稱為該光源的色溫 ， 單位以絕對溫度開氏度 (K)表示 。 ? 色溫與光源的實際溫度無關 ， 彩色電視機熒光屏的實際溫度為常溫 ， 而其白場色溫是6500K。 7 第一章 彩色與視覺特性 ? 常用的標準白光有 A、 B、 C、 D65和 E光源 5種 ， 它們的光譜分布如圖 12所示 。 ? (1) A光源 色溫為 2854 K的白光 ， 光譜偏紅 ， 相當于充氣鎢絲白熾燈所產(chǎn)生的光 。 ? (2) B光源 色溫為 4874 K的白光 ， 近似中午直射的太陽光 。 ? (3) C光源 色溫為 6774 K的白光 ， 相當于白天的自然光 。 它是 NTSC制彩色電視白光標準光源 。 8 第一章 彩色與視覺特性 圖 12 標準光源的光譜分布 9 第一章 彩色與視覺特性 ? (4) D65光源 色溫為 6504 K的白光 ， 相當于白天的平均光照 。 它是 PAL制彩色電視的白光標準光源 。 ? (5) E光源 色溫為 5500 K的等能量白光(E白 )。 它是為簡化色度學計算所采用的一種假想光源 ， 實際并不存在 。 ? 電視演播室鹵鎢燈光源的色溫為 3200 K， 有體積小 、 亮度高 、 壽命長 、 色溫穩(wěn)定等優(yōu)點 。 10 第一章 彩色與視覺特性 ? 光的度量單位 ? 1. 光通量 ? 光通量是按人眼的光感覺來度量的輻射功率 ， 用符號 φ表示 。 其單位名稱為流明 (lm)， 當 λ＝ 555 nm的單色光輻射功率為 1 W時 ， 產(chǎn)生的光通量為 683 lm， 或稱 1光瓦 。 在其他波長時 ， 由于相對視敏度 V(λ)下降 ， 相同輻射功率所產(chǎn)生的光通量隨之下降 。 ? 40 W的鎢絲燈泡輸出的光通量為 468 lm， 發(fā)光效率為 lm/W； 40 W的日光燈可以輸出2100 lm的光通量 ， 發(fā)光效率為 lm/W； 電視演播室鹵鎢燈發(fā)光效率可達 80～ 100 lm/W。 11 第一章 彩色與視覺特性 ? 2. 光照度 ? 光照度 E， 單位勒 (克斯 ),符號為 lx。 勒 (克斯 )等于 1流明的光通量均勻分布在 1平方米面積上的光照度 。 ? 為了對光照度單位勒有個大概的印象 。下列數(shù)據(jù)可供參考：室外晴天光照度約為10000勒 ， 多云約為 500勒 ， 傍晚約為 50勒 ，月光約為 101勒 ， 黃昏約為 102勒 ， 星光約為 104勒 。 12 第一章 彩色與視覺特性 ? 視覺靈敏度 波長不同的可見光光波 ， 給人的顏色感覺不同 ， 亮度感覺也不同 ， 人眼對不同波長光的靈敏度是不同的 。 ? 人眼的靈敏度因人而異 ， 同一個人眼睛的靈敏度也隨年齡和健康狀況有所變化 ， 所以采用統(tǒng)計方法 ， 用許多正常視力的觀察者來做實驗 ， 取其平均值 13 人眼的視覺特性 第一章 彩色與視覺特性 ? 經(jīng)過對各種類型人的實驗進行統(tǒng)計 ， 國際照明委員會推薦標準視敏度曲線 (也稱相對視敏函數(shù)曲線 )如圖 13中的 V（ λ） 曲線所示 。 圖中曲線表明具有相等輻射能量 、 不同波長的光作用于人眼時 ， 引起的亮度感覺是不一樣的 。 ? 可以看出人眼最敏感的光波長為 555 nm， 顏色是草綠色 ， 這一區(qū)域顏色 ， 人眼看起來省力 ， 不易疲勞 。 在 555 nm兩側 ， 隨著波長的增加或減少 ， 亮度感覺逐漸降低 。 可見光譜范圍之外 ， 輻射能量再大 ， 人眼也是沒有亮度感覺的 。 14 第一章 彩色與視覺特性 圖 13 標準視敏度曲線 第一章 彩色與視覺特性 ? 彩色視覺 ? 人眼視網(wǎng)膜上有大量的光敏細胞 ， 按形狀分為桿狀細胞和錐狀細胞 ， 桿狀細胞靈敏度很高 ， 但對彩色不敏感 ， 人的夜間視覺主要靠它起作用 ， 因此 ， 在暗處只能看到黑白形象而無法辨別顏色 。 ? 錐狀細胞既可辨別光的強弱 ， 又可辨別顏色 ， 白天視覺主要由它來完成 。 關于彩色視覺 ，科學家曾做過大量實驗并提出視覺三色原理的假設 ， 認為錐狀細胞又可分成三類 ， 分別稱為紅敏細胞 、 綠敏細胞 、 藍敏細胞 。 16 第一章 彩色與視覺特性 ? 它們各自的相對視敏函數(shù)曲線分別為圖 13所示 。 ? V