色彩学(人眼视觉成像原理)_百度文库.
色彩学原理
色彩学原理色彩学是视觉神经生物学的重要分支，它研究的就是受到视觉刺激后，视觉体验所产生的一系列心理特征。
伴随着近代科学的发展，色彩学也有了迅猛的发展。
科学家们的研究，不仅解释了令人惊奇的视觉偏好，还为实现有效的视觉沟通提供了重要的指导。
色彩是一种具有光学性质的物质，而色彩学是对色彩的物理性质和心理特性的综合研究。
色彩是物体发出的不同波长的光，而色彩学则是研究不同颜色在生活中的表现及其作用等问题的一门学科。
色彩学相关的原理有三种，分别是色光反射原理、色光传导原理和色光融合原理。
色光反射原理是指当物体表面受到白光的照射时，其表面可以反射出不同的颜色。
这些不同的颜色就是物体表面的反射色。
色光传导原理是指当光照射到物体表面时，物体表面会把光的一部分能量传给表面下方的物质，反射出表面下方物质的颜色。
色光融合原理指当物体表面受到两种或两种以上不同波长的光照射时，物体表面反射出的颜色会混合产生新的颜色。
色彩学还分析了，观看者对色彩及色彩组合的心理反应。
色彩在不同的文化和社会环境中可能有不同的联想和反应，但是质的感觉基本上是不变的。
科学家发现，色彩的选择，会影响人们的感情，产生不同的心理反应，有时还会影响人们的行为和判断。
色彩学不仅在艺术领域有重要意义，在其他领域也有着广泛的应用。
例如，室内设计、建筑、景观设计、产品包装、平面设计等，都在用色彩来提升视觉效果，实现有效的视觉沟通。
色彩学的原理也被广泛用在人工智能和计算机图形研究中，有助于实现更真实的视觉效果。
色彩学的发展为人们提供了一个新的视角，去观察色彩，去理解色彩的物理性质及心理特性，去识别出色彩的基本特征和色彩组合的构成因素，更重要的是，色彩学还为实现有效的视觉沟通提供了重要的指导。
色彩学的原理在人们的生活和工作中起着重要的指导作用，在某种程度上，它也起着改变世界的作用。
色彩与视觉原理
人眼看了第一色再看第二色时，第二色会发生错视。第一色看的时候越长，影响越大。第二色的错视倾向于前得的补色。这种现象是视觉残像及视觉生理、心理自我平衡的本能所致。如医院中手术室环境及开刀医、护人员工作服都选用蓝绿色，显然是为了“中和”血液 红色，巧妙地利用色彩的连续对比，使医生注视了蓝绿色后，不但可减少、恢复视觉的疲劳，同时更易看清细小的血管、神经等，从而有利于保证手术进行的准确性和安全性。
（2）补色对比 色相对比距离180度，为极端对比类型，如红与蓝绿、黄与蓝紫色对比等。效果强烈、眩目、响亮、极有力，但若处理不当，易产生幼稚 、原始、粗俗、不安定、不协调等不良感觉。
<二>明度对比的基本类型
两种以上色相组合后，由于明度不同而形成的色彩对比效果称为明度 对比。它是色彩对比的一个重要方面，是决定色彩方案感觉明快、清晰、沉闷、柔和、强烈、朦胧与否的关键。
（3）同种色相对比 一种色相的不同明度或不同纯度变化的对比，俗称姐妹色组合。如蓝与浅蓝（蓝+白）色对比，橙与咖啡（橙+灰）或绿与粉绿（绿+白）与墨绿（绿+黑）色等对比。对比效果感觉统一、文静、雅致、含蓄、稳重，但也易产生单调、呆板的弊病。
（4）无彩色与同种色相比 如白与深蓝与浅蓝、黑与桔与咖啡色等对比，其效果综合了（2）和（3）类型的优点。感觉既有一定层次，又显大方、活泼、稳定。
其对比强弱程度取决于色彩在纯度等差色标上的距离，距离越长对比越强，反之则对比越弱。
如将灰色至纯鲜色分成10个等差级数，通常把1——3划为低纯度区，8——10划为高纯度区，4——7划为中纯度区（图）。在选择色彩组合时，当基调色与对比色间隔距离在5级以上时，称为强对比；3——5级时称为中对比；1——2级时称为弱对比。据此可划分出九种纯度对比基本类型。（图）
色彩与视觉的原理(下)
色彩感情认识色彩除了客观方面还有主观的方面，即有关色彩的视觉心理基础理论知识。
<一>色彩视觉心理不同波长色彩的光信息作用于人的视觉器管，通过视觉神经传入大脑后，经过思维，与以往的记忆及经验产生联想，从而形成一系列的色彩心理反应。
1.共同感受色觉心理（1）色彩的冷、暖感色彩本身并无冷暖的温度差别，是视觉色彩引起人们对冷暖感觉的心理联想。
暖色：人们见到红、红橙、橙、黄橙、红紫等色后，马上联想到太阳、火焰、热血等物像，产生温暖、热烈、危险等感觉。
冷色：见到蓝、蓝紫、蓝绿等色后，则很易联想到太空、冰雪、海洋等物像，产生寒冷、理智、平静等感觉。
色彩的冷暖感觉，不仅表现在固定的色相上，而且在比较中还会显示其相对的倾向性。
如同样表现天空的霞光，用玫红画早霞那种清新而偏冷的色彩，感觉很恰当，而描绘晚霞则需要暖感强的大红了。
但如与橙色对比，前面两色又都加强了寒感倾向。
（这个示意图在最后贴。
）人们往往用不同的词汇表述色彩的冷暖感觉，暖色——阳光、不透明、刺激的、稠密、深的、近的、重的男性的、强性的、干的、感情的、方角的、直线型、扩大、稳定、热烈、活泼、开放等。
冷色——阴影、透明、镇静的、稀薄的、淡的、远的、轻的、女性的、微弱的、湿的、理智的、圆滑、曲线型、缩小、流动、冷静、文雅、保守等。
中性色：绿色和紫色是中性色。
黄绿、蓝、蓝绿等色，使人联想到草、树等植物，产生青春、生命、和平等感觉。
紫、蓝紫等色使人联想到花卉、水晶等稀贵物品，故易产生高贵、神秘感感觉。
至于黄色，一般被认为是暖色，因为它使人联想起阳光、光明等，但也有人视它为中性色，当然，同属黄色相，柠檬黄显然偏冷，而中黄则感觉偏暖。
（2）色彩的轻、重感这主要与色彩的明度有关。
明度高的色彩使人联想到蓝天、白云、彩霞及许多花卉还有棉花，羊毛等。
产生轻柔、飘浮、上升、敏捷、灵活等感觉。
明度低的色彩易使人联想钢铁，大理石等物品，产生沉重、稳定、降落等感觉。
（3）色彩的软、硬感其感觉主要也来自色彩的明度，但与纯度亦有一定的关系。
色彩原理与应用
色彩原理与应用一、光的颜色特性：1、颜色国家标准定义：色是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性2、光是一种能在人眼的视觉系统中引起明亮感觉的电磁辐射（大致10-14----数千千米）3、可见光（可见光谱）：波长在380----780nm波长范围的那部分电磁辐射注：单位：nm（纳米），1nm=10-9m4、色散：白光被分解成各种色光的现象（紫色光折射系数最大，偏离最大；红色光折射系数最小，偏离最小）5、单色光（光谱色）：只含有一种波长而不能再分解的光光色波长λ（nm）主波长（nm）红（red）630----780 700橙（orange）600----630 620黄（yellow）570----600 580绿（green）500----570 550青（cyan）470----500 500蓝（blue）420----470 470紫（purple）380----420 420注：光谱不受光强度变化的影响的要素：红（478nm）、绿（503nm）、572（nm）6、复色光：单色光混合而成的光注：人们大多见的都是复色光7、光源的光谱功率分布：光源中各个波长色光的辐射功率按波长的分布，即功率是波长的函数（1）类型：①线状光谱，如：宝石激光②带状光谱，如：紫外线③连续光谱，如：阳光、白炽灯④混合光谱：如：荧光灯（2）光谱功率分布的特性主要影响颜色8、光源的光谱功率分布曲线：功率的函数的曲线注：不同光源具有不同的光谱功率分布曲线9、光源的颜色：取决于光谱分布中各单色光的相对比例，而不是它们的能量绝对值10、相对光谱功率分布：令光谱功率分布函数的最大值为1或100，将函数的其他值进行归一化，经过归化后的反光谱功率分布，记作：S（λ）11、光源的颜色特性：取决于不同波长单色光的能量比例，与光谱辐射能量的绝对值无关，绝对值的大小只反映光源发光强度的大小，只决定光源的亮、暗感觉，不会引起光源颜色感觉的变化注：可见光是一种能在人眼的视觉系统上引起明亮感觉的电辐射，也是人们感觉所有物体形态和颜色的唯一物质12、色觉三要素：（1）光线的照射（2）呈现颜色的物体（物体的透射）（3）功能正常的视觉器官及大脑二、物体的颜色特性：1、类型：（1）发光体（光源）：能自行向外界辐射光能（2）非发光体：本身不辐射光能的物体2、发光体的颜色形成：由光源中不同的光谱成分共同决定的注：哪种光谱成分的比例大，则发光体的颜色就偏向于哪种光源3、非发光体的颜色形成：（1）光谱特性：物体的这种特性（2）类型：①消色物体：随着吸收比例的不同，物体在日光下将呈现从白色、各种灰色到黑色的一系列中性颜色物体②彩色物体：选择性吸收特性的物体4、非选择吸收（等比吸收）：当白光照射到物体上时，该物体表面对白光中光谱各段的辐射能做等量吸收，而反射或透射光谱组成比例不会改变5、选择性吸收：当白光照射在物体上，物体对不同波长的光具有不同的吸收率，对某些波长的光吸收多些，对另一些吸收少些注：经过选择性吸收以后，其反射或透射的光与入射光比较，不仅能量（光强）上有所减弱，光谱成分也发生了改变6、要点：（1）物体的光谱反射率是由物体的自身材料所决定的，不会随照明光源和观察条件而改变（2）具有相同光谱反射率的物体用不同的光源照明，因为不同光源所发光的光谱成分不同，就会产生不同的颜色刺激三、视觉的生理基础：1、眼球的构造：（1）屈光系统：①作用：将不同远近的物体清晰地成像在视网膜上②器官（如左图）（2）感光系统：①过程：当眼睛注视外界物体时，由物体发出的光线通过角膜、房水、晶状体及玻璃体折射，聚焦成像于人眼感光记录系统——视网膜上②视网膜的构成：（三层）a.最外层是锥体细胞（明视觉器官）和杆体细胞（暗视觉器官）b.中层为双极细胞，起桥梁作用c.最内层主要含有神经节细胞注：人眼是靠锥体细胞视觉和杆体细胞视觉转换来适应照度的变化2、暗视觉：杆体细胞的作用注：⑴暗视觉只能分辨出物体的形状和明暗⑵在这种条件下，对色光最敏感的波长为510nm⑶杆体细胞适合于10-2尼特以下条件工作3、明视觉：锥体细胞的作用（红光只对其起作用）注：明视觉能分辨出物体的细节与颜色4、视觉器官的两重功能：暗视觉和明视觉5、光谱光视效率：眼睛的灵敏度与波长的依赖关系四、颜色视觉理论：1、三色学说：（扬 赫姆霍尔兹提出）（1）内容：人的视神经只有感红、感绿、感蓝三种基本视神经，感受的峰值为680nm、540nm、430nm。
色彩学第二章(人眼视觉成像原理)
如图中的a。同一物体，离人越近， 视角越大，离人越远，视角越小。
视觉功能——视角 视觉功能
由 tan(a/2) = A/2D ， tan(a/2 A/2 得 出 a = A/D 不同物体在跟人眼相 同距离时，物体越大， 则视角越大，物体在 视网膜上成的像越大。
视觉功能——视觉敏锐度 视觉功能
二．视觉敏锐度 1．视觉敏锐度：人们使用视觉器官辩认外界物体的敏锐程度。 表示视觉辩认物体细节的能力，在医学上称为“视力” 2．视觉辩认物体细节的能力与观察距离有很大关系 视觉敏锐度（V）以视角进行计算，是视觉所能分辨的视角的倒数。 V=1/α（α单位为分） 平时我们说的视力1.0，就是说，在规定的距离下，人的眼睛能 够分辩角度为1/60度（1')的物体的细节。因为人眼的视锥细胞间的 距离为6微米，所以，我们的眼睛的分辩能力并不怎样强的。这一点 和主观感觉上有不小差异。
人眼的构造——视网膜 人眼的构造
人眼的构造——视网膜 人眼的构造
视觉器官的两重功能:明视觉与暗视觉 1．视锥细胞与明视觉 a．视锥细胞特性：包含感红，感绿，感蓝细胞主要感受颜色的差 别，而对明暗的感觉比较低，对光的敏感性小，只有达到一定照 度的情况下，视锥细胞才起作用。 b．明视觉：指在光亮的条件下，由锥体细胞起作用的辩认物体细 节和颜色的视觉。 2． 视杆细胞与暗视觉 a. 视杆细胞特性：感受物体的明暗，对光的敏感程度高，不能感 受物体颜色的差别。 b. 暗视觉：指视杆细胞的活动特性，可以在光线很暗的情况下工 作，不能反映色光的差异。
视觉的特性——光谱光效率函数 视觉的特性
在明光条件下，眼睛对波长555nm的黄绿 在明光条件下，眼睛对波长555nm的黄绿 555nm 光部分感受性最高， 光部分感受性最高，即这个波长的光只需要 较小的能量就能与标准光的明度相匹配。 较小的能量就能与标准光的明度相匹配。也 就是说明是绝对光谱的黄绿色光部委最敏感。 就是说明是绝对光谱的黄绿色光部委最敏感。 而暗视觉对光谱的蓝绿色部位即510nm 510nm最 而暗视觉对光谱的蓝绿色部位即510nm最 敏感。 敏感。 相应敏感程度见左图。 相应敏感程度见左图。
色彩学原理
色采学原理第一节色采的形成一、光与色采光是自然界的一种物理现象。
对于地球来说，最大的光源就是太阳。
太阳给地球带来生命，同时也赋予世界奼紫嫣红的色采。
我们习惯上认为太阳光是白色的，但实际上，它包含了彩虹的全部色采一一红....橙….黄….绿….青….蓝….紫，这就是光谱的颜色，是人类肉眼可感知的可见光颜色。
在牛顿的光学色采理论里，光与色采是密不可分的，有光才会有色采，人们之所以能够感知色采，是因为有光照（发射光和反射光）的结果。
我们把人眼所能见到的颜色，由它们的光学性质分为两大类别，一是"发射光"，二是"反射光"。
"发射光"就是光源发出的光，如阳光、灯光、计算机显示器、数码相机显示屏等，它是数字色采得以存在的前提条件。
严格意义上的数字色采的颜色，都是发射光形成的颜色。
"反射光''是从物体表面反射出去的光，我们能用肉眼看到的一切非发光体的颜色，都属于反射光，如山川、天空、建造、园林、花草、服装、家具.........等等。
从物体表面反射出去的“反射光”，其颜色可以由物体表面材质的不同而发生改变。
因为光源照射在物体上的光，有一部份被物体吸收，有一部份被物体反射，惟独那些被反射出来的光才干被人眼所接受，这就是人眼能感知不发光物体颜色的缘故。
二、光的色散我们让阳光或者灯泡发出的白光（发射光）透过三棱镜，把它折射到白色的屏幕上，就可以看见白色光分解成彩色光（图1-1 ）o光谱颜色是一条从红色到紫色柔和过渡的彩色光带, 它不是仅有七种生硬的颜色（图1-2）,我们平时所说的七色光，只是一种高度的语言概括。
"发射光”可以是全色光（白光），也可以是任何几种光的组合，或者仅仅是一种单色的光。
发射光经由光源直射人们的眼睛时，便可以看见带色光源发出的颜色。
不同的色光有不同的波长，在可见光范围内，红色的波长最长，蓝紫色的波长最短。
色彩学颜色视觉和颜色视觉理论
色彩的大小错视 黑白的大小错视
色彩的大小错视 黑白的大小错视
色彩的大小错视 黑白的大小错视
色彩的大小错视 黑白的大小错视
明暗的大小错视
明暗的大小错视
明暗的大小错视
明暗的大小错视
明暗的大小错视
• 冷暖的大小错视
冷暖的大小错视
冷暖的大小错视
冷暖的大小错视
• 冷暖的大小错视
冷暖的大小错视
• 绿色是大自然草本的颜色，所以意味着自 然和生长，同时也是未成熟人的象征。 • 在西方，绿色意味着嫉妒和恶魔。所谓 “嫩手”是指工作缺乏经验的人。此外，绿 色一般还用来象征和平与安全。
色彩的心理现象 色彩的象征
蓝色是幸福色，表示希望。 • 在西方，蓝色表示贵族，一提到蓝的血， 就意味着名门血统，所以蓝色是身份的象征。 但是蓝色又是绝望的同义词，“蓝色的音乐” 实质就是“悲伤的音乐”。 • 在日本，用蓝色来表示青年，青春或少年 等刚走上生活道路的一代人。
• 沉静色：纯粹的绿蓝、蓝色， 降低彩度可降低沉静性；
色彩的心理现象 色彩的情感 1. 兴奋色、沉静色
紧张感：白色、 黑色、
高彩度色；
舒适感：灰色、低彩度色；
色彩的心理现象 色彩的情感 1. 兴奋色、沉静色 华丽感：红色系列
文静、沉着感：蓝色系列
色彩的心理现象 色彩的情感 2. 活泼色与忧郁色
并列各色明者更明，暗者更暗的色调， 黑色显得更黑，白色显得更白。
• 同时对比错视规律 3）彩度对比变化
彩度高的更高，彩度低的更低。
对某色（初见色）注视片刻，迅速把 视线转移至另一色（次见色），则感到该色 变得略带先见某色的补色色味。即先看红色， 再看黄色，则黄色变为黄绿色。
色彩的大小错视 黑白的大小错视
图像处理的基本知识
马赫带上的亮度过冲是眼睛对不同空间频率产生不同视觉响应的结果。 视觉系统对空间高频和空间低频的敏感性较差，而对空间中频则有较高的 敏感性，因而在亮度突变处产生亮度过冲现象，这种过冲对人眼所见的景 物有增强其轮廓的作用。
1.7 视觉模型
•黑白视觉模型
大量实验和理论研究表明，眼睛对光强度的非线性响应呈对数型，
•内层
视网膜。其表面有大量的感光细胞。 这些感光细胞按照形状分为可以两
类：锥状细胞和杆状细胞。
•锥状细胞
每只眼睛中大约有600万到700万个锥状细胞，集中分布在视轴和视 网膜相交点附近的黄斑区内。每个锥状细胞都连接一个神经末梢，因此， 黄斑区对光有较高的分辨力，能充分识别图像的细节。锥状细胞既可以 分辨光的强弱，也可以辨别色彩。白天视觉过程主要靠锥状细胞来完成， 所以锥状机觉又称白昼视觉。
按感光化学特性，锥状细胞有三种，它们分别对红、绿、蓝颜色敏 感，因此红绿蓝称为人类视觉的三基色。
三种锥状细胞的光谱敏感曲线如下：
•杆状细胞
每只眼睛大约有7600万个到15000万个杆状细胞。它广泛分布在 整个视网膜表面上，并且有若干个杆状细胞同时连接在一根神经上， 因此，这条神经只能感受多个杆状细胞的平均光刺激，使得在这些区 域的视觉分辨力显著下降，无法辨别图像中的细微差别，而只能感知 视野中景物的总的形象。杆状细胞不能感觉彩色，但对低照明度的景 物柱往比较敏感，所以，夜晚所观察到的景物只有黑白、浓淡之分， 而看不清它们的颜色差别。由于夜晚的视觉过程主要由杆状细胞完成， 所以杆状视觉又称夜视觉。
2.4 常见的色彩模型
常见的色彩模型有RGB模型、CMYK模型、HSV模型、YIQ模型等。每 种模型都有它自己的特点和适用范围,它们可以根据需要相互转换。