第一章 光与色觉

教案2009～2010学年第一学期课程名称印刷色彩学授课班级印刷0801主讲教师********教研室(实验室) 印刷包装教研室学院(系、部) 材料与化学工程系使用教材刘浩学《印刷色彩学》课程性质：《印刷色彩学》是印刷技术专业的技术基础课，其任务是阐述光源的特性、色觉的形成、物体的光谱特性、CIE的颜色空间系统及均匀颜色空间、颜色的表达以及网点对彩色复制的影响等。

上课地点：星期四（5，6）教实615星期五（1，2）教实518。

教材：刘浩学《印刷色彩学》教学参考书：杜功顺.《印刷色彩学》印刷工业出版社,1995.8色彩编写组.《色彩学》科学出版社，2001.9课程内容：共68时（01～06，10～20）第一章光与色觉（6学时）第二章颜色视觉（14学时）第三章CLE色度体系(16学时）第四章光源的色度学6学时）第五章色序系统（10学时）第六章颜色测量（4学时）第七章彩色印刷（8学时）复习考试（4学时）第一章光与色觉授课学时：6学时授课目的：要求掌握颜色感觉形成的三大要素；可见光的定义及波长范围；及一些基本的概念；光源的光谱特性；物体的光谱特性。

熟悉视觉的感光系统；明视觉；暗视觉。

了解眼睛的生理基础；视角、视力与视场；照明条件与视觉功能的关系。

授课重点：颜色感觉形成的三大要素；可见光的波长范围；光源的光谱特性；物体的光谱特性；授课难点：光源的光谱特性；物体的光谱特性。

授课内容：第一节光与色觉第二节物体的光谱特性第三节视觉的生理基础第一节光与色觉一、可见光1、定义物理学角度：光是一种电磁波，以波的形式在空气和其他物质中传播，具有波粒二象性。

光学角度：光是指能引起人眼视觉明亮感觉的电磁辐射。

2、可见光的范围可见光的波长范围大约在380～780 nm(400－700）（1 nm=10-6 mm=10-9 m)在整个电磁波谱中，可见光辐射只占很小的一部分。

3、可见光的划分（单色光的连续变化）380～500nm为蓝光区500～600nm为绿光区600～780nm为红光区4、单色光与复色光不同的波长的光具有不同的颜色，且具有不同的折射系数和衍射系数。

色散：将白光分解为不同颜色排列而成的光谱，这种现象叫色散。

可见光谱：白光色散后按波长顺序排列而成的彩色光带。

光谱色：组成各种光谱单色光的颜色。

单色光：只含有一种波长而不能再分解的光。

实际上真正的单色光并不存在，由于人眼的辩别能力，平时所谓的单色光是指波长λ一定范围内的光。

其范围的大小决定了色光纯性。

可见光谱内，不同波长的单色光引起人眼的颜色感觉。

红色770-650nm 橙色650-600nm黄色600-550nm 黄绿色550-5 30nm绿色530-500nm 青色500-460nm蓝色460-420nm 紫色420-380nm复色光：由多种单色光混合而成的光叫做复色光。

复色光包含多种波长。

复色光与颜色：一定成分的复色光总有一种特定的颜色与之对应；但反之，一种颜色感觉并不只对应一种光谱组合，即使两种成分完全不同的复色光也有可能引起的颜色感觉完全一样，这称作光的同色异谱现象。

课堂判断：（1）白光是复色光。

（2）白光由红、绿、蓝三种色光组成。

（3）颜色相同，其光谱组成一定相同。

（4）光谱组成相同，其颜色一定相同。

二、光源的光谱分布1、定义不同波长的单色光混合形成复色光，因各单色光的能量比例不一样，即复色光的辐射能量是随波长变化的。

光谱功率分布：辐射能量随波长变化的关系。

相对光谱功率分布：光源的颜色取决于光谱分布中各单色光的相对比例，所以规定光谱分布函数中的最大值为“1”，将其归化，归化后的光谱功率分布。

记S（λ）光谱分布的特性：在实际应用中，使用更多的是光谱分布的相对值，最大值为“1”。

（1）用光谱分布既可以表示光源的发光，也可以表示物体对光的作用。

（2）光谱分布是波长λ的函数，如S(λ)。

（3）物体产生的颜色取决于光谱分布中的主要波长。

常见光谱的光谱分布：线状光谱、带状光谱、连续光谱、混合光谱。

线光谱：单色光谱。

带状光谱：只在某几个波长处发出狭窄的光谱。

连续光谱：在整个光谱范围内发出强度不等的连续光谱。

混合光谱：连续光谱、线光谱及带光谱的组成。

判断：1、光谱分布决定光源的颜色特性。

2、光源的光谱决定物体的颜色。

3、相同颜色的光具有相同的物体色。

思考问题光源光谱分布曲线下包围的面积有何物理意义？第二节 物体的光谱特性1、物体的三种形式自发光物体：可发出不同颜色光的发光物体。

反射物体：不透明物体，能够反射照射在上面的光。

透射物体：透明的物体，可以透过照射在上面的光。

2、物体的光谱特性物体的光谱特性是指物体对落在其表面的光谱成分有选择性透射、吸收和反射的特性。

特点：（1）物体的光谱特性是物体自身性质决定的，相对固定。

（2）物体本身的光谱特性是产生不同颜色的主要原因之一。

一、 透明物体1、光透射率2、光波透射率3、光谱密度影响光谱密度的因素：（1）透明物质的吸收系数，吸收系数是该物质的固有特性。

（2）透射物体的厚度。

4、透明物体的呈色的原理透明物体的选择性吸收和透过特性是它产生颜色的物理特性。

问题：请推导两个或以上透射物体的总光谱透射率τ (λ)和总密度D 总的表达式，并给予解释。

二、反射物体1、光反射率2、光谱反射率 21212121022121011)11lg(1lg D A 1(1)()((1)()((1)()(1D D A I I A I I A I I +=⋅==⋅=⋅======τττλλττλλτλλλτλλλτ）（）））3、物体的非选择性吸收物体表面对白光中光谱各波段的辐射能做等比吸收，则反射(或透射)光各波长的能量均做等量减少，而光谱组成比例不会改变，这种现象就称为非选择性吸收。

（1）保持照明光原来的颜色，仅改变对照明光的反射强度。

（2）当反射率从0到1变化，物体表面就呈现出黑、灰色(由深入浅)、白色。

4、反射物体的光谱特性反射物体对光谱成分选择性吸收和反射是它产生不同颜色的主要原因。

总结：（1）光是色的源泉，色是光的表现，无光则无色。

（2）物体的光谱反射率（光谱透射率）是由物体自身材料所决的。

（3）同一物体光源不同，所再现的颜色也不相同。

课堂练习:一、判断说明原因1、物体的光谱特性决定其颜色。

（）2、物体本身没有颜色。

（）3、墨层厚度越厚颜色越深。

（）4、密度越大，颜色越淡。

（）5 、物体的颜色随光源的改变而改变。

（）二、夏于戴哪种眼镜比较好（）1、蓝色2、红色3、黄色4、白色第三节视觉的生理基础一、眼睛的生理结构（1）人眼担负着成像和感觉两大作用，是颜色视觉产生的第三大要素。

（2）从视觉功能的角度看，整个眼球主要可分为屈光、成像控制和感光系统三个部分。

1、屈光系统屈光系统的作用是将物体清晰地成像在视网膜上。

它包括角膜、瞳孔、房水、晶状体和玻璃体。

（1）角膜光的折射率为1.336，外界光线首先经角膜屈光后进入眼球内成像。

（2）瞳孔在角膜的后面呈环形的虹膜，虹膜中央有一圆孔为瞳孔，光线从瞳孔进入眼睛，虹膜的的肌肉能控制孔的大小。

（3）房水充满在角膜与虹膜之间及虹膜与晶状体之间的透明液体，由睫状体产生，房水的折光率为1.336，可起屈光的作用。

（4）晶状体（5）玻璃体是胶状的透明体，折射率为1.336。

2、控制系统（1）瞳孔如同照相机的光圈，可以随光线明暗自动在2-8 mm之间调节大小（2）曲率半径由睫状肌调节从而在一定范围内改变屈光度，使远近不同的物体都能在视网膜上得到清晰的成像。

作用相当于照相机的变焦镜头。

3、感光系统感光系统由视网膜组成，其作用是接受刺激转化为神经冲动。

相当于数字相机的接受器。

视网膜厚度约为0.1-0.5 mm，主要由视细胞层、双极细胞层和神经节细胞层三层细胞构成。

视网膜的结构4、感光细胞的分布两种视细胞在视网膜上的分布是不均匀的，在视网膜的中央部分有一特别密集的锥体细胞分布区域，其颜色为黄色，称为黄斑。

黄斑的中心有一小凹窝，叫中央凹。

是视觉最敏锐的地方，也是锥体细胞密度最大的地方。

盲点：视伸经及视网膜中央的动、静脉都过的地方。

二、明视觉和暗视觉1、定义人眼有两种视细胞：锥体细胞和杆体细胞，对应着两种不同的视觉功能。

明视觉(锥体细胞视觉)：在光亮条件下，由锥体细胞起作用分辨物体的颜色与细节。

暗视觉（杆体细胞视觉）：在暗条件下，杆体细胞起作用只能分辨物体的明暗而不能分辩其颜色和细节。

中间视觉：在明视觉和暗视觉之间的亮度水平条件下，由两种细胞同时起作用。

2、视觉函数光谱光视效率函数(或称视觉函数)：眼睛的灵敏度与波长的依赖关系。

CIE根据不同科学家的实验结果规定了明视觉光谱光视效率V(λ)和暗视觉光谱光视效率Vˊ(λ)。

3、辐射通量与光通量辐射通量：光源在单位时间内通过某一面积发射、传输或接收的辐射能量。

光通量：辐射能量中能引起人眼视觉的辐射通量所引起的总明度感觉。

计算举例：已知560 nm光的能量为50单位，700nm光的能量为180单位，求混合光的亮度。

三、视角、视力与视场1、视角物体的大小对眼睛所形成的张角。

2、视力（视觉敏锐度）表示视觉辨认物体细节的能力。

也称视锐度。

具有正常视力的人，能够分辨物体空间两点间所形成的最小视角为α＝1′(角度)。

视力(视锐度)V：是以视觉所能分辨的以角度分为单位的视角的倒数，即3、视场视角α所对应的圆面积，称为视场。

4、对比辩认对比度：视场中物体亮度与背景亮度差与背景亮度之比。

物体与背景亮度的差别越大，对比度就越大，而对比度越大，眼睛对物体的分辩能力越强。

5、照明条件与视力的关系6、视觉功能曲线视力、照明条件和物体对比度三者之间的相互关系。

判断:1、视场越大，分变物体颜色细节能力越强。

2、中央凹是锥体细胞分布密度最大的地方。

3、明视觉对黄绿光敏感。

思考：我们在观察印刷品为什么看起来是连续的，而不是点状的。

复习思考题：1.颜色视觉产生的过程如何？形成色觉的四要素是什么？2.什么是可见光？可见光是如何产生的？波长、频率、能量和光速之间有什么关系？3.简述下列概念：色散、光谱、单色光、复光。

4.什么叫光谱分布？根据相对光谱功率分布线可以将光源分为哪几类？5.光源光谱分布曲线下包围的面积有何物理意义？6.物体呈现不同颜色的主要原因是什么？7.何为密度？它为何能反映印刷品的颜色？8.分述眼睛屈光系统和感光系统的组成及作用？9.明视觉与暗视觉的特点与区别。

10.什么是光谱光视效率？有何重要意义？11.试从形状、数量、分布状况及功能四方面比较锥体细胞和杆体细胞的不同。

后记。