色彩学复习大纲.docx

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色彩学复习大纲

色彩学复习大纲

第一章光与颜色视觉

1.1光辐射

1.光：

能够在人眼的视觉系统上引起明亮的颜色感觉的电磁辐射。

不同波长的光辐射能不同，在人眼中引起的颜色感觉也不同。

可见光辐射范围：

380-780nm.

2.光谱能量分布

光谱密度：

以波长λ为中心的微小波长范围内辐射能量与该波长宽度之比。

反映了单位波长区间内辐射能量的大小。

光谱分布：

光源的光谱密度与波长间的函数关系称为光谱分布。

相对光谱能量分布：

实际中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。

称为相对光谱能量分布S（λ）。

通常取波长λ=555nm处的辐射能量为100，其它波长处与之比较得出。

相对光谱能量分布决定光源的颜色。

其绝对值只影响光的强弱，不改变颜色。

1.2光与色的关系

颜色：

是由物体的化学结构所决定的一种光学现象；是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性。

颜色的本质：

颜色既是光学现象，也是视觉现象。

光是颜色形成的先决条件。

有光才有色。

第二章颜色视觉的形成

2.1颜色视觉形成机理

1.发光体的颜色形成：

发光体发出的光是由各种不同波长的单色光组成，所以不同的发光体的光谱成分不同，则颜色也就不同。

哪种光谱成分的比例较大，则发光体的颜色就偏向于哪种颜色。

2.非发光体的颜色形成：

非发光体只有在光的照射下才能呈现出颜色。

人们所看到的物体的颜色，是物体对照射到自身上的光线进行选择性吸收之后，剩余的反射光或透射光的颜色。

物体对光固定的吸收和反射是物体的光学特征，因此物体便能显示出固定的颜色。

3.颜色感觉形成的四要素：

光源、颜色物体、人眼、大脑。

这四个要素缺一不可，并且只要其中任一要素变化，颜色感觉也就会变化。

2.2颜色视觉的生理基础

2.2.1眼睛

⏹视网膜：

位于眼球壁的内层，是眼球的感光部分，其上布满感光细胞（杆体细胞和椎体细胞）

锥体细胞：

感红、感绿、感蓝色素。

对较光亮光线敏感，能分辨物体的颜色和细节。

属于名视觉器官。

杆体细胞：

只有一种色素。

能对较暗光线敏感，只能分辨物体的明暗和轮廓。

属于暗视觉器官。

2.2.2视网膜上的成像过程

（1）人眼与照相机的对应关系

人眼与照相机的构造的对应关系

照相机

人眼

暗箱

镜头

快门

光圈

胶片

巩膜和脉络膜

角膜和晶状体

眼皮

虹膜

视网膜

⏹正常的眼睛看眼前25CM处的物体是很清楚的，而且毫不费力，故把这段距离称为明视距离：

25cm

2.2.3大脑

如果把眼睛看作感受器，那么大脑是识别器。

2.3人眼的视觉功能

2.3.1明视觉和暗视觉

视锥细胞——明视觉器官：

视锥细胞只有在亮度达到一定水平才能被激发起来

明视觉：

在明亮条件下由视锥细胞作用形成的视觉

视杆细胞——暗视觉器官：

视杆细胞敏感性高，微弱光线下能有所感受。

但只能反映亮度，不能分辨颜色和细节。

暗视觉：

在较暗条件由视杆细胞作用形成的视觉

2.3.2光谱光视效率

光谱光视效率：

辐通量相同但波长不同的光在视觉上所产生不同明度感受性的度量,（辐射能转化为人眼可见光的程度）并且规定V（555）=1。

φv（λ）=KV（λ）φe（λ）

其中：

φv（λ）光通量：

光谱不同波长的光对人眼产生光亮感觉作用的数量特征的度量。

φe（λ）辐通量：

单位面积光源的辐射能量。

K辐射能光当量

V（λ）：

辐射能转化为人眼可见光的程度。

当明度相同的时候，光视效率与辐通量成反比。

当辐通量相同的时候，光谱光视效率与光通量成正比，即感觉越亮的光，其光视效率越大。

光谱光视效率：

把峰值归一化1的人眼对不同波长的光能量产生光感觉的效率。

2.3.3视觉参数

1.视角（α）：

物体在眼睛中形成的张角。

2．视力（视敏度）：

表示视觉辨认物体细节和空间轮廓的能力。

通常用视觉所能分辨的以角度为单位的视角的倒数。

3.视场：

眼睛视角所对应形成的圆面积。

视角越大，对应的视场也越大；

视距越大，对应的视场面积也越大。

2.4颜色视觉理论

1.三色学说：

1802年英国T.Yang认为人只有感红、感绿、感蓝三种基本视神经。

当光刺激人的视觉器官时，这三种感色细胞分别对不同波长光敏感，从而形成对应的红色感觉、绿色感觉和蓝色感觉。

并最终融合成综合的、完整的色觉。

优点：

能充分说明混色现象，及混合色是3种感色细胞按比例兴奋的结果；

能解释颜色对比现象；能解释负后像；现代的彩色印刷、摄影、照相分色、彩色电视都是建立在该基础上的。

⏹缺点：

不能解释色盲现象、补色现象

（1）几乎所有的色盲都是成对色盲，不存在单色盲。

（2）色盲不该看到白色，但事实相反

（3）红绿色盲不该有黄色感觉，但事实相反。

（4）全色盲应该是盲人，可是全色盲能看到光亮。

2.四色学说（对立学说）：

1878年赫林提出。

他假设在视觉机构中的感光细胞存在三种对立感受器：

红－绿、黄－蓝、黑－白，它们的代谢作用包括建设（同化）和破坏（异化）两种对立过程。

分别受到红光、蓝光、白光刺激时，三对感受器起破坏作用，而产生红色、黄色和白色感觉，当重新建设时，则产生绿色、蓝色和黑色感觉。

特点：

很好地解释颜色视觉的一些生理和心理现象，如红绿色盲、黄蓝色盲；补色的存在；负后像。

没有办法解释三原色能产生一切颜色的现象。

3.阶段学说：

阶段学说认为三色理论和对立理论是可以加以统一与相互配合的。

阶段学说色彩视觉形成过程：

⏹第一阶段：

视网膜上有三种独立的椎体感色细胞，它们有选择地吸收不同波长的光谱辐射，同时每一感色物质又可以单独产生白和黑响应。

⏹第二阶段：

三种锥体细胞想视神经传递信号时重新组合

⏹第三阶段：

形成了三对对立的神经反应。

2.6颜色的适应性

（1）亮度适应：

当照明条件改变时，眼睛通过一定的生理调节过程对光的亮度进行适应，以获得相对清晰的影像的过程。

暗适应：

光线由明变暗，人眼在黑暗中视觉感受性逐步增强的过程。

明适应：

光线由暗变明，视网膜对光刺激的感受性逐步降低的过程。

人眼感光灵敏度变化的一般规律是：

感光灵敏度降低时快，即明适应所需时间短；感光灵敏度提高时慢，即暗适应所需时间长。

（2）颜色适应：

通常人眼适应于一定的色刺激后，在观察另一种颜色时，后者的颜色会发生变化，而带有原适应色光的补色成份，我们将先看到的色光对后看到的色彩的影响所造成的颜色视觉的变化，叫～

第三者颜色的基本性质

3.1颜色的三属性：

自然界中的所有颜色，都有三个特征，即色彩相貌、明暗程度、浓淡程度。

分别用色相、明度、饱和度来表示。

1.色相是颜色所固有的基本特征，是颜色的外观相貌，是一个特定波长的光给人的视觉感受，是光在不同波长彼此区分的特性。

色相是由刺激人视觉器官的光谱成分决定的。

主波长相同，色相便相同。

2.明度是人眼所能感受到的色彩的明暗程度，与心理生理有关。

是颜色的第二种属性

色彩的明度取决于对光的辐射能力。

同一物体，反射的光越多，颜色明度越高；不同色相的物体，即使反射的光相同，明度值也各不相同；同一色相的颜色，越接近白色，明度越高，越接近黑色，明度越低；

3.饱和度是指颜色的纯洁性。

可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色。

物体颜色的饱和度看其反射或透射光与光谱色的接近程度，越接近单色光，饱和度越大

4.颜色三属性的相互关系：

色相决定于色刺激的光谱组成及光谱功率分布峰值的位置。

明度决定于色刺激的光强。

饱和度决定于最强波长的功率对其他波长占优势的程度。

颜色的三属性不仅是光的物理属性，其表现形式和度量都取决于人的视觉器官。

物体颜色的三属性可以用光谱反射率曲线表示。

曲线峰值对应的波长为主波长，表示色相；曲线峰值的大小表示明度，峰值越高，明度越大；峰值的宽窄可以表示饱和度的高低，越窄，饱和度就越高。

第四章颜色混合规律

4.1色光加色法：

两种或两种以上的色光同时反映于人眼，视觉会产生另一种色光的效果，这种色光混合产生综合色觉的现象称为色光加色法或称为色光的加色混合。

等量混合：

R+G=YR+B=MG+B=CR+G+B=W

⏹当三原色光等量混合时，就得到白光。

⏹如果三原色色光逐渐等量减少，则得到一系列灰色。

⏹如果不等量混合，便会得到更丰富的颜色效果。

加色法实质：

能量的叠加、越加越亮

色光混合规律：

1.色光连续变化规律：

由两种色光组成的混合色中，如果一种色光连续变化，混合色的外貌也连续变化。

2.补色律：

每一个色光都有一个相应的补色光，某一色光与其补色光以适当比例混合，便产生白光，最基本的互补色有三对：

红-青，绿-品红，蓝-黄。

补色的一个重要性质：

一种色光照射到其补色的物体上，则被吸收。

如用蓝光照射黄色物体，则呈现黑色。

3.中间色律：

任何两种非补色光混合，便产生中间色。

其颜色取决于两种色光的相对能量，其鲜艳程度取决于二者在色相顺序上的远近。

4.代替律：

颜色外貌相同的光，不管它们的光谱成份是否一样在色光混合中都具有相同的效果。

凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。

即相似色混合后仍相似。

代替律如果颜色光A=B、C=D，那么：

A+C=B+D

　　色光混合的代替规律表明：

只要在感觉上颜色是相似的便可以相互代替，所得的视觉效果是同样的。

设A+B=C，且X+Y=B，则A+X+Y=C。

由代替律产生的混合色光与原来的混合色光在视觉上具有相同的效果。

5.亮度相加律：

由几种色光混合组成的混合色的总亮度等于组成混合色的各种色光亮度的总和。

这一定律叫作色光的亮度相加律。

色光的亮度相加规律，体现了色光混合时的能量叠加关系，反映了色光加色法的实质。

4.2色料减色法

两种或两种以上的色料混合后会产生另一种颜色的色料的现象称为色料的混合。

色料指对那些对不同波长的光进行选择性吸收后呈现出不同色彩的颜料或者染料类物质。

等量混合：

C+M=BC+Y=GM+Y=RC+M+Y=Bk

色料减色法的特点：

色料混合后亮度降低。

颜料和染料的呈色原理：

吸收某些光波，反射出的其它光波刺激人眼而感到颜色。

⏹中性色：

色料对白光中的红、绿、蓝三色光作等比例的吸收和反射。

⏹具有不同色相的颜色：

颜料和染料对白光中的红、绿、蓝三色光作不同波长范围、不同比例的吸收和反射。

⏹色相相同但饱和度不同的颜色：

颜料和染料对白光中的红、绿、蓝三色光作波长范围相同、但比例不同的吸收和反射。

规律：

（1）任意两种原色混合，可以得到任何混合色。

混合色颜色偏向比例较大的原色的颜色。

（2）三种原色不等量混合，颜色是比例较大的两原色的混合颜色。

但混合色明度降低。

在色光加色法中，互补色相加得到白色；

在色料减色法中，互补色相加得到黑色。

第五章色度学系统

5.3CIE1931XYZ标准色度系统

所谓1931CIE-XYZ系统，就是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值、、和色度坐标r、g、b均变为正值。

1931CIE-XYZ系统中，用于匹配光谱三刺激值的（X）、（Y）、（Z）的数量，称为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”，也叫做“CIEl931标准色度观察者颜色匹配函数”，简称“CIE标准色度观察者”或“颜色匹配函数”，在物体色色度值的计算中代表人眼的颜色视觉特征参数。

记为

规定函数与明视觉光谱光效率函V（λ）一致，即

光谱色度坐标已知，由下式即可求出光谱三刺激值：

色度图中点的位置可以代表各种色彩的颜色特征。

但是，前面曾经讨论过，色度坐标只规定了颜色的色度，而未规定颜色的亮度，不能够唯一地确定一个颜色。

由物体三刺激值计算Yxy的公式为下左式：

由Yxy计算物体三刺激值下右式：

5.4颜色的客观三属性

1．主波长

在x,y色度图中,将光源的色度点与样品色的色度点用一直线相连,并从样品色色度点向外延伸与光谱轨迹相交,这一点处的波长就是样品色的主波长。

注意：

对于品红色区颜色的主波长，由于无品红光谱色，所以，用其反向延长线交点主波长的负值表示,称为补色主波长。

2兴奋纯度

颜色的兴奋纯度是指该颜色接近同一主波长的程度。

在x,y色度图的样品色主波长线上，用光源色度点至样品色度点的距离与光源色度点至光谱色度点的距离比值的百分比来表示。

3亮度因数

亮度因数：

印刷品表面的明暗程度。

用颜色三刺激值中的Y值百分数来表示，即Y%。

颜色的心理三属性和客观三属性是彼此联系而又相互区别的表示颜色的两种方法。

5.7均匀颜色空间和颜色色差

CIE1931XYZ表色系统在给人们进行定量化研究色彩的同时，却不能够满足人们对颜色的差别量的表示，因为，在研究中发现，用CIE1931XYZ系统来表示颜色的差别时和人眼的视觉结果差别比较大，也就是说，由于CIE1931XYZ系统的本身的缺陷，不能够用来计算色差。

5．7．1CIELAB均匀颜色空间

为了进一步改进和统一颜色评价的方法，1976年CIE推荐了新的颜色空间及其有关色差公式，即CIE1976LAB（或L*a*b*）系统，现在已成为世界各国正式采纳、作为国际通用的测色标准。

它适用于一切光源色或物体色的表示与计算。

XYZ为颜色样品的三刺激值。

X0Y0Z0为CIE标准照明体的三刺激值

L*称为心理计量明度锥体细胞的黑－白反映

a*心理计量色度锥体细胞的红－绿反映

b*心理计量色度锥体细胞的黄－蓝反映

在这一坐标系统中，+a表示红色，-a表示绿色，+b表示黄色，-b表示蓝色，颜色的明度由L的百分数来表示。

色差：

是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别。

若两个色样样品都按L*、a*、b* 标定颜色，则两者之间的总色差△E*ab以及各项单项色差可用下列公式计算：

明度差：

色度差：

总色差：

5.7同色异谱现象

同色同谱色：

两个物体具有完全相同的光谱分布曲线。

同色异谱色：

对于特定标准观察者和特定照明体，具有不同光谱分布而有相同三刺激值的颜色。

5.7.1同色异谱条件：

对于特定的标准观察者和照明体颜色的同色异谱现像才能成立，改变两条件中的一个，颜色的同色异谱性质就会遭到破坏。

第六章颜色的显色系统表示法

颜色的显色系统（ColorOrdersystem）：

是在荟集各种实际色彩的基础上，根据色彩的外貌，按直观颜色视觉的心理感受，将色进行有系统、有规律的归纳和排列；并给各色样以相应的文字和数字标记，以及固定的空间位置，做到“对号入座”的方法。

它是建立在真实样品基础上的色序系统。

颜色的混色系统表示法（ColorMixingSystem）：

不需要荟集设计色彩的样品，而是基于三原色光（红、绿、蓝）能够混合匹配出各种不同的色彩所归纳的系统。

例如：

CIE系统、密度计测色法。

印刷工业中常用的是密度计测色法。

6.1孟塞尔系统

（1）孟塞尔色相（Hue,记为H）

孟塞尔色相是以R、Y、G、B、P五色为基础,加上它们的中间色相RP、PB、BG、GY、YR形成十个主要色相,再将十个色相各自十等分,总计形成一百个刻度的色相环,叫做国际照明委员会色系。

（3）孟塞尔明度（Value,记为V）

以色立体的中央轴代表无彩色（消色）轴，并按等明度差从0--10共分11个等级，在0（黑体）和10（完全漫反射体），用N0、N1、N2等表示。

（4）孟塞尔彩度（Chroma,记为C）

彩度表示颜色离开相同明度值灰色的程度。

从0--20之间，按等视觉原则划分，用2，4，6等表示。

（5）孟塞尔系统表色法（HV/C表色法）

彩色表示方法：

HV/C=色相明度值/彩度如：

10Y8/12

中性色表示方法：

N5/

6．4色谱表色法

色谱：

也称为色表或色彩图,是供用色部门参考的色彩排列表。

色谱表示法：

是一种以有规律排列的一系列实际色块作为参考色样的最直观、通俗易懂的颜色表色方法。

第七章光源的色度学

7．1光源的色温

7.1．2黑体

绝对黑体：

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。

黑体辐射的发射本领只与温度有关。

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。

当黑体连续加热，温度不断升高时，所发的光带有一定的颜色，其变化顺序是红-黄-白-蓝。

（1）定义

色温：

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。

色温用绝对温度“K”表示（T（K）=t（oC）+273）

7.2标准光源

7.2.1标准照明体

照明体是指“在影响物体颜色视觉的整个波长范围内所定义的相对光谱功率分布”；

标准照明体是“由CIE用相对光谱功率分布所定义的照明体A、B、C、D65其它照明体D。

7.3光源的显色性

光源的显色性：

以日光作标准,将白炽灯等人工光源与其比较,显示同色差异的能力。

定量评价指标：

一般显色性指数≤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。

光源的显色性以一般显色性指数Ra值区分：

Ra值为100～75显色优良；75～50显色一般；50以下显色性差

第八章印刷色彩

8.1.油墨性质对颜色的影响

光泽决定于镜面反射能力；透明度取决于投射能力；颜色取决于对各种光谱的吸收比例

8.1.3原色油墨颜色的评价指标

⏹颜料本身的有害吸收，使得墨色偏离理想状态。

1.色强度：

彩色密度计测量的3个密度中最高的一个密度值。

（即主密度）

它决定了油墨颜色的饱和度，也影响着套色的间色和复色色相的准确性和中性是否能够达到平衡。

2.色相误差：

描述颜色偏差。

由于油墨的颜色不纯，使得对光谱的选择吸收不良，产生不应有密度，从而造成色相误差。

用三个密度中的中间密度与低密度的差值与高密度与低密度差值的比值来表示。

3.灰度：

不应吸收区域的最小密度与应吸收区域的最大密度之比。

灰度对油墨的饱和度影响很大，灰度越小，油墨的饱和度越高。

4。

色效率：

指颜色对光的正确吸收与不正确吸收的百分比。

色效率=1－（D低+D中）/（2×D高）×100%

8.2印刷分色原理

颜色复制系统按功能分为颜色分解和颜色合成两个阶段。

颜色分解使原稿组合的色彩分解为原色，分别制成色料三原色印版。

方法：

根据减色法原理，用RGB三滤色片对原稿进行拍摄或扫描得到CMY三种分色信息。

R滤色片—C阴片G滤色片—M阴片B滤色片—Y阴片

颜色合成对分解后的色料三原色版，用三原色油墨涂到对应颜色的印版上，再在纸张逐次叠合再现原稿色彩。

方法：

分色阴片转拷成阳片进行晒版后，印刷时分别用各自的CMY三原色油墨着墨，在纸张上逐一叠加，再现原稿彩色。

8.3网点与彩色印刷

8.3.1网点及其作用

1、定义：

组成网点图像的像素，通过面积或墨量变化再现原稿浓淡层次。

2、网点的作用

网点是表现半色调图像的最基本单元（并非最小单元）

担负着组织图像层次、轮廓、色彩的作用

网点是制版中转移原稿阶调的基础

2、网点角度

网线角度：

相邻网点的连线与水平线的夹角。

龟纹：

彩色印品有四色或四色以上色版套印，各色版上的网点都是周期性排列的，相互叠加是必然产生莫尔纹，印刷中称为龟纹。

龟纹影响图像质量

避免醒目龟纹的方法：

龟纹必然存在，只能尽量减小它对图像质量的影响

加大网线角度以减小莫尔纹间距；四色印刷中网线夹角应不小于22.5°。

4、加网和加网线数

网点的形成就是由连续调原稿到半色调的过程，也就是加网的过程。

加网线数也叫网屏线数，是指在调幅加网中，单位宽度内排列的网点数，以“线每英寸（LPI）”或“线每厘米（Line/cm）”表示。

加网线数高，图像细微层次表达越精细，加网线数低；图像细微层次表达越粗糙。

网点面积率：

单位面积内网点所占的面积百分比

网点增大：

网点在加网阴图片上形成时与印到承印物上时的尺寸增大。

分为：

光学网点增大、机械网点增大

8.3.4印刷网点呈色

网点套印在彩色合成时有两种情况：

叠合与并列

理论上，单位面积上大小固定的两个网点无论重叠或并列，再现颜色效果相同!

8.4彩色印刷与颜色密度

8.4.1光学密度：

吸收率的对数。

即是反射率或者透射率倒数的对数。

彩色密度：

用三滤色片个测量出的密度。