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1、颜色科学基础,2008-3-1,昆山龙腾,内容提要,第一章 色彩学概述第二章 色度学原理与CIE标准色度学系统,第一章 色彩学概述,关键词：黑白与彩色；色彩三属性：色调；明度；彩度；表色法；孟塞尔表色系统；HV/C；色光；色料；彩色混合；补色,色彩的生成,可见光谱:,色彩的生成,可见光的波长范围：380 nm 780 nm 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 630 600 570 500 450 430 380 780 630 600 570 500 450 430固有色物体在日光照明下所反射出来的颜色色彩（颜色）是主观量而非客观量。,影响颜色的因素,颜色是人眼在接受光的刺激后，视网膜的兴奋传到大脑
2、中枢而产生的感觉。因此颜色与人的生理状况和心理情绪有关。颜色是主观量而非客观量。光源的类型（日光，灯光）及性质。被照明物体的性质（组成成分）及状态（表面光洁度）。观察者所处的周围环境（明暗程度），照明条件，观察角度。一朵黄色的菊花在蜜蜂眼里是蓝紫色的。,光与色彩,一般人眼中的草莓,红绿色盲眼中的草莓,颜色分类：黑白与彩色,黑白色系(非彩色或中性色)是指：白色、黑色和各种深浅不同的灰色。（黑白电视）彩色是指：除黑白以外的其它颜色，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。（彩色电视）,白黑系列由白色渐渐到浅灰、中灰、深灰，直到黑色。纯白是理想的完全反射的物体，其光反射率等于1；纯黑是理想的无反射的物体，其光
3、反射率等于0。愈接近白色，明度愈高，反之，愈接近黑色，明度愈低。,白黑系列灰度（明度）变化,色彩的三属性：,色调 (色相)明度(亮度)彩度(饱和度),色调：色别、色相。 例如：红、橙、 黄、 绿、青、蓝、 紫,色调主要决定于光的波长,光的颜色与其光谱主波长的光色相对应,明度（用于非发光体）或亮度（用于发光体）：表示色彩的明暗程度,明度主要决定于物体反射率的高低及照明光源的亮度,色调相同、彩度相同、明度不同的彩色同一彩色物体用不同亮度的光源照明得到不同明度的色彩,自左至右，彩度相同，明度下降。,彩度（饱和度）：色彩的纯洁程度单色光的饱和度最高（100%）白光的饱和度最低（0%）,自左至右彩度依次
4、降低彩度主要决定于物体反射光谱选择性,色彩立体,色彩的习惯命名法,(1) 以植物的花、茎、叶以及果实的色彩来命名，如玫瑰红、枣红、草绿、荷叶绿、橄榄绿、苹果绿、橘红、橘黄等。(2) 以动物的特色来命名，如鹅掌黄、蟹青、孔雀蓝、孔雀绿等。(3) 以自然界中的天、地、日、月、星辰、山水、矿石、金属的色彩命名，例如天蓝、土黄、月灰、水绿、银灰、 古铜色、银白色 、翠绿、铅白、石青、祖母绿等。(4) 以染料或颜料色的名称命名，例如靛青、 阴丹士林蓝、甲基红等。(5) 以形容色调的深浅、明暗等形容词命名，例如朱红、墨绿、深紫、浅绿、暗蓝、鲜红等。(6) 其他习惯命名，如酱色、肉色、西洋红等。,色谱表示法
5、,色谱表示法是一种以基本色分量来表示色彩的方法。以某些颜料为基本色调并按一定比例和形式编排后，组成一个含有一定数量的色块并有规律排列起来的色彩图样，就称为色谱。色谱是一种最通俗易懂，并能以实际色块作参考色样的最直观的表色法。,孟塞尔色彩系统,孟塞尔色彩空间系统包括（1）色彩图册；（2）色彩立体模型；（3）色彩表示说明书。 色彩图册包括两套样品，每一色彩样品的尺寸大约是1.8 cm 2.1 cm。（1）有光泽样品：共包括1450块色彩样品，附有一套由白到黑共37块中性色样品。（2）无光泽样品：由1150块色彩样品、32块中性色样品组成。,R YR Y GY G BG B PB P RP红 黄红
6、黄 绿黄 绿 蓝绿 蓝 紫蓝 紫 红紫,饱和度（C）,10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0白 灰 黑,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18中性色 彩色 饱和色,明度 （V）,色调（H）,孟塞尔色彩系统的等级划分,Munsell 空间,Munsell 色彩系统的饱和度分布,Munsell 标号：彩色 H V/CH：色调V：明度值C：彩度值例如：5Y9/14中性色：NV/N：中性,孟塞尔色彩立体示意图,Munsell 色相环,三基色与色彩的混合 基色 ：色彩的基本色（母色）。用三基色混合能得到多种多样的色彩（即不同色调、不同明度、不同彩度的色彩）。两类三基色： 色光三基色：红、
7、绿、蓝。 色料三基色：品红、黄、青。,色光三基色：红、绿、蓝。,色料三基色：品红、黄、青。,计算机颜色系统,RGB 颜色立方体 RGB颜色立方体是用三基色光来描述物体颜色特征的。在计算机图像处理软件和图形处理软件的色彩管理系统中，RGB颜色模式是数字照相机、扫描仪、显示器所使用的颜色系统，是一个与设备相关的颜色空间。 在计算机图像处理系统、图形处理系统的RGB颜色空间中，每种颜色用二进制的一个字节表示，即用28来表示单一颜色的变化级别，其取值范围为0255，数值越大，颜色越明亮。,当把 3 种基色以各自的256种值组合起来，就可得到 22416777216 种颜色。图中三个轴向分别表示R、G、
8、B三基色，最大值都为255，把它们连接起来就构成了一个立方体。,立方体的八个顶角分别表示R、G、B、C、M、Y、W、K等8种基本颜色，白与黑的连线构成了不同明暗等级的中性灰。,计算机HSL颜色系统,色调H（0255）饱和度S （0255）亮度L （0255）H，S，L 各自256个值组合起来，就可得到 22416777216 种颜色。,RGB HSL(非线性变换)CM=R; Cm=G=B; (H=0) 红CM=R=G; Cm=B; (H=42) 黄CM=G; Cm=R=B; (H=85) 绿CM=G=B; Cm=R; (H=128) 青CM=B; Cm=R=G; (H=170) 蓝CM=B=R
9、; Cm=G; (H=213) 品 CM=Max(RGB); Cm=min(RGB),K (0 0 0),W (255 255 255),R (255 0 0),C (0 255 255),.(128 128 128),H=0,H=127,色立方体的剖面,K (0 0 0),W (255 255 255),G (0 255 0),M (255 0 255),.(128 128 128),H=85,H=213,色立方体的剖面,K (0 0 0),W (255 255 255),B (0 0 255),Y (255 255 0),.(128 128 128),H=170,H=42,色立方体的剖面,
10、H=0,H=42,H=85,H=127,H=170,H=213,HSB圆柱体(三维柱坐标)色空间,色调 H：沿圆周变化，以角度表示，从0o到360o，其中0o或360o为红色、60o为黄色、120o为绿色、180o为青色、240o为蓝色、300o为品红色。,颜色匹配实验,颜 色 转 盘,色光的匹配实验,色光匹配：Red Green Blue 波长（nm） 700 546.1 435.8,色光混合,色光混合,格拉斯曼色彩混合定律(四条),1.人的视觉只能分辨色彩的三种变化：明度、色调、饱和度2.在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。 补色律：每一种色彩都有
11、对应的补色。如果某一色彩与其补色以适当比例混合，便产生白色或灰色；如果二者按其他比例混合，便产生近似比重大的色彩成分的非饱和色。 中间色律：任何两个非补色相混合，便产生中间色，其色调决定于两色彩的相对数量，其饱和度决定于二者在色调顺序上的远近。,补色率,中间色率,饱和度下降,亮度增加,饱和度下降,亮度降低,R=255；W=128,R=255；W=64,R=255；W=192,R=255；W=255,R=255；W=0,饱和度下降慢,亮度下降,饱和度下降快,亮度增加,R=255；G=255,R=127；G=255,R=255；G=127,R=255；G=0,R=0； G=255,格拉斯曼色彩混合
12、定律,色彩外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否样，在色彩混合中具有相同的效果。换言之，凡是在视觉上相同的色彩都是等效的。(同色异谱)代替律：相似色混合后仍相似。如果 色彩A = 色彩B；色彩C = 色彩D那么 色彩A + 色彩C = 色彩B + 色彩D,格拉斯曼色彩混合定律,代替律表明: 只要在感觉上色彩是相似的，便可以互相代替，所得的视觉效果是同样的。设A + B = C，B = X + Y ，则 A + ( X + Y ) =C。这个由代替而产生的混合色与原来的混合色在视觉上具有相同的效果。 根据代替律，可利用色彩混合方法来产生或代替某种所需要的色彩。色彩混合的代替律是一条非常重要的定律，
13、现代色度学就是建立在这一定律基础上的。,格拉斯曼色彩混合定律,4. 混合色的总亮度等于组成混合色的各色彩光亮度的总和。这一定律叫做亮度相加律。 上面所说的格拉斯曼色彩混合定律是色度学的一般规律，适用于各种色光的相加混合。但这些规律不适用于染料或涂料的混合。,色料混合,色料混合,补色的定义,对色光：凡两色光相混合后能得白光的，此两色光即互为补色。品红绿；红青； 黄蓝紫。 对色料（如油墨或涂料），凡两色混合后成为黑色者，即互为补色。品红绿； 红青；黄蓝紫。 补色原理对于指导调色（色的混合）具有极为重要的意义。如欲调纯度较高的鲜艳色，不应该选择带有补色关系的色，以避免所得色，带灰黑成分；反之，若要适
14、当降低某色的鲜艳度，则可混合适量的补色。,红绿蓝三基色及其补色的理想光谱,颜色的空间混合,色空间混合是指两种颜色彼此靠近但不重叠，达到混色目的。如彩色滤光片。混合条件：（1）混合色必须是细点、细线，且呈密集状并列。点、线愈细、愈密，混合效果愈明显。（2）颜色空间混合的效果与视觉距离有关。距离愈远，混合效果愈明显。,色彩的空间混合蒙娜丽莎,色彩的空间混合母与女,色彩的空间混合父亲,第二章 色度学原理与 CIE标准色度学系统,关键词：三基色；三刺激值(R,G,B)(X,Y,Z)；色度图（色品图）；RGB色坐标系；色坐标（r,g,b）；XYZ色坐标系；色坐标（x,y,z）；光谱色；光谱三刺激值,CI
15、E 标准色度坐标系,色度学与物理光学的区别： 物理光学是客观的科学，与人类的视觉感觉无关；而色度学却是主观的科学，它以人类的平均视觉感觉为基础，因此它属于人类工程学范畴。以光的强弱为例，物理光学以光的辐射能量这个客观单位来度量；而色度学却以色光对人眼的刺激强度来度量。辐射能量很大的红光对人来说却没有辐射能量很小的黄光亮，人们就认为黄光的强度比红光大。色度学既然是建立在人眼的反应基础上，对于别的动物就不适用了。好在人类的不同人种之间对光的感受没有太大的区别，因此色度学是和人种无关的。,人眼对不同颜色的视觉感受(光谱光效率函数),日间视觉最敏感的光波长是550nm夜间视觉最敏感的光波长是500nm,
