第二章 视觉与颜色

1 、人眼与视觉

2 、视觉特性

3 、颜色

4 、颜色显色

第二章　视觉与颜色

1 人眼与视觉

一、人眼的构造

1 －透膜变圆2 －视网膜3 －巩膜4 －中央凹5 －盲点6 －视神经7 －睫状体8 －透膜变平9 －虹膜张开10 －瞳孔11 －虹膜收缩12 －角膜

图 2-1 眼睛的构造

1 人眼与视觉

二、人眼的视觉

☼　锥状细胞：锥状神经的功能是在昼间看物体，而且可看到颜色。

☼　柱状细胞：柱状神经在黄昏下活跃，在夜视起作用，但不能感知颜色。

☼　视觉产生：在柱状细胞和锥状细胞里都含有一种感光物质，当光线照到视网膜上时，感光物质粉刷化学变化，刺激神经细胞，最后由神经传到大脑，产生视觉。图 2-2 视网膜

一、视觉 明视觉　亮度超过 10cd/m2 ，锥状细胞参与视觉工作，这种视觉状态为明视觉。暗视觉　亮度在 10-6~10-2cd/m2 时，柱状细胞参与视觉工作，这种视觉状态为暗视觉。中介视觉　亮度在 10-2~10cd/m2 时，柱状细胞、锥状细胞同时参与视觉工作，这种视觉状态为中介视觉。

2 视觉特性

555nm －锥状细胞最大灵敏度波长

507nm －柱状细胞最大灵敏度波长

V(λ) 为明视觉的光谱光视效率曲线 V’(λ) 为暗视觉的光谱光视效率曲线

图 2-3 CIE 光度标准观察者光谱光效率

注： CIE 为法文缩写，国际照明委员会

二、光谱灵敏度

2 视觉特性

2 视觉特性

三、视觉阈限 能引起光感觉的最低限度的亮度称为视觉的“绝对阈限”。 对于在人眼中长时间出现的大目标，视觉阈限亮度为 10-6cd/m2

视觉可以忍受的亮度上限为 106cd/m2 。 绝对阈限的倒数称为视觉的“绝对感受性”。人眼的绝对感受性是很大的。

2 视觉特性

视觉阈限的影响因素 ① 与目标物大小有关 目标物大小用目标物对眼睛所张的角度表示，称为视角。　 当视角超过 30o时，亮度阈限不再降低。　

图 2-4 亮度阈限与视角的关系

2 视觉特性

② 与目标物发出的颜色有关　　在相同视角下，对波长较长的光：红、黄光，其亮度阈限就高； 对波长较短的光：蓝光，亮度阈限值要低些。 在暗视觉条件下，光谱光效率向短波方向偏移。

2 视觉特性

③ 与观察时间有关 不超过0.1s，而目标物较小，视角不超过1o，则目标物呈现时间越短，亮度阈限就越高；呈现时间 越长，亮度阈限值就越低。 作用时间超过0.2s时，视觉阈限就与时间无关了。

四、视觉适应@明适应：视觉系统适应高于几个 cd/m2 亮度变

化过程及终极状态。 发生在由暗处到亮处，需几十秒。

2 视觉特性

图 2-5 明适应与暗适应

@暗适应：视觉系统适应低于百分之几 cd/m2 亮度变化过程及终极状态。

从亮处到黑处视觉阈限下降过程，所需过渡时间较长， 30min 。

2 视觉特性

图 2-5 明适应与暗适应

锥状视觉适应过程

柱状视觉适应过程

@应用 在照明设计中，尤其是隧道的照明设计，应考虑暗适

应因素，即在隧道入口的一段距离内应有过渡照明，也即隧道入口处亮度应高些，然后逐渐降低亮度，使司机有个适应过程。

2 视觉特性

图 2-5 明适应与暗适应

锥状视觉适应过程

柱状视觉适应过程

五、视力 视力的定性含义是指眼睛辨认物体轮廓和细节的能力。 视力定量含义是指人眼能够区别两个相邻物体最小张角D的倒数。 国际眼科学会于 1909 年规定用白底黑色兰道尔环作为检查视力的标准视环。

2 视觉特性

图 2-6 兰道尔环

D=1.5mm， α=1'，视力为 1.0。 D=1mm ， α=40"，视力为 1.5。

四、对比灵敏度与可见度( 一 ) 亮度对比 目标亮度和背景亮度之差与背景亮度之比。

bbb LLLLLC //)( 0

2 视觉特性

2

20

/

/

mlmL

mcdL

b－背景亮度，

－目标亮度，

( 二 ) 对比敏感度☻ 亮度差别阈限 ΔLt：人眼刚刚能识别目标

与背景的最小亮度差。

☻阈限对比 Ct：亮度差别阈限与背景亮度之比。

☻对比敏感度 Sc：阈限对比的倒数。tbtc LLCS //1

2 视觉特性

tbt LLL )( 0

btbtbt LLLLLC //)( 0

( 三 ) 可见度 －能见度 人眼确定物体存在或形状的难易程度。 在室内应用时，以目标与背景的实际亮度

对比 C 与阈限对比 Ct来描述。

在室外应用时，以人眼恰可看到标准目标的距离定义。

tt L/LC/CV

2 视觉特性

四、视野 头部不动时，眼睛能看见的范围。 在正常情况下，人两眼的水平视场为180° ，垂直视场为 130° ，水平面上方 60° ，水平面下方为 70° 。

2 视觉特性

图 2-7 人眼的正常视野

中间白色部分为双眼都看到部分。

左右两侧阴影部分为左右两眼分别看到。

黑色部分为被眼眉、两颊和鼻子遮挡部分。

五、眩光　　由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起人眼的不舒适感觉或者降低观察细部 (或目标 ) 的能力，这

种视觉现象称为眩光。◙ 夜里汽车开着大灯，感到刺眼。因为晚上，周围

很暗，车灯亮度与周围背景亮度形成大的亮度对比。◙ 夏日晴天的太空，仰望晴空感到刺眼。冬日阳光下

的白雪会刺眼。因为视野内出现了太亮的发光体。

2 视觉特性

（一）眩光的分类① 根据其造成的后果分类： 不舒适眩光　产生不舒适感觉，但不一定降低视觉对象的可见度的眩光。　 失能眩光　　降低视觉对象的可见度，但不一定产生不舒适感觉的眩光。

2 视觉特性

② 根据其形式分类： 直接眩光　由发光体的直接照射引起的。　 反射眩光 由反射面反射发光体发出的光而形成的眩光。　　反射眩光：当反射面光泽度较高时，能把发光体的像清楚地反映出来，即由发光体的像直射引起的。 光幕反射：当反射面反射亮度并不高，且不清楚地反映发光体的像，然而却使被观察目标的对比度降低，减小了能见度。黑板发生光幕。

2 视觉特性

（二）影响眩光的因素 ① 周围环境较暗时，眼睛的适应亮度很低，即使是亮度较低的光，也会有明显的眩光。　 ② 光源表面或灯具反射面的亮度越高，眩光越明显。 ③ 光源的大小

2 视觉特性

一、光谱能量 ( 功率 ) 分布　 光源的光谱辐射能量 ( 功率 )按波长的分布称为光谱能量 ( 功率 ) 分布，以光谱能量的任意值来表示光谱能量分布，称为相对光谱能量分布。 物体的颜色是物体对光源的光谱辐射有选择性地反射或透射对人眼所产生的感觉。

3 颜色

3 颜色

图 2-8 常用照明电光源的相对光谱功率分布

(a) 白炽灯、卤钨灯

(b)荧光灯(c)荧光高压汞灯

(d) 高压钠灯

3 颜色

图 2-8 常用照明电光源的相对光谱功率分布

(e)钠铊铟灯(f )管形镝灯(g)管形氙灯、日光

二、颜色视觉　　人的视觉器官不但能反映光的强度－亮度感觉，还能反映光的波长特性－颜色感觉。( 一 ) 颜色对比 　相邻的不同颜色，在观看时存在着相互影响，这种现象称为颜色对比。 例如：在一块黄色背景上放张白纸，用眼睛注视白纸中心几分钟，白纸会出现蓝色。黄色和蓝色为互补色，即每种颜色都在其周围诱导出一种确定的颜色，这种颜色称为被诱导色 ( 原来诱导颜色的互补色或

相似颜色 )。

3 颜色

( 二 ) 颜色适应 　人眼在颜色刺激下所造成的颜色视觉变化，称为颜色视觉。 如：先在日光下看物体的颜色，然后突然改在室内白炽灯先看物体的颜色，开始时，室内照明看起来带有白炽灯的黄色，物体的颜色也带有一些黄色，几分钟后，视觉适应了白炽灯光的颜色，室内照明趋向变白，物体的颜色趋向恢复到日光下的原来的颜色。　　如：在暗色背景上照射一小块黄光，当眼睛先看过强烈红光之后，再看这黄光，此时呈现绿色，经过一段时间，眼睛会从红光的适应中逐渐恢复，绿色渐淡，几分钟后又成为原理的黄色。

3 颜色

图 2-9 颜色适应

3 颜色

( 三 ) 彩色对人的生理、心理作用۞ 生理方面　　蓝、紫色最易引起疲劳，红、橙色次之，黄绿、蓝绿、淡青等颜色最小。设备外壳颜色宜采用黄绿、蓝绿等颜色　　眼睛对黄色较为敏感，常用黄与黑与蓝相间的色彩作为危险部位的警告色标。۞　心理方面　　红、橙、黄等颜色有种温暖的感觉－暖色　　青、蓝、紫等颜色有冷、凉的感觉－冷色

3 颜色

一、光源的颜色( 一 ) 光源的色表与色温 ① 光源的色表指的是人眼观看光源所发出光的颜色 (灯光的表观颜色 ) 。　 ② 常用色温来定量描述光源色表。 当一个光源的颜色与黑体 ( 完全辐射体 )在某一温度时发出的光色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温。 符号Tc ，单位为开尔文 (K)。

4 颜色显色

4 颜色显色

黑体　在任何温度下某物体能把投射到它表面的任何波长的能量全部吸收，该物体称之为黑体。　　 800～ 900K温度下，黑体辐射呈红色　　 3000K呈黄白色　　 5000K左右呈白色　　 8000～ 10000K呈淡蓝色

4 颜色显色

热辐射光源的光色　 光谱能量分布与黑体的光谱能量分布近似，色温与白炽体的实际温度有一定的内在联系。　 白炽灯泡的色温为 2878K　 灯丝的真实温度为 2800K热辐射光源以外的其他光源的光色　光谱功率分布形式与黑体辐射有一定的差距，用黑体在某一温度辐射最接近的颜色来近似地确定这类光源的色温，因此称作相关色温。 符号 Tcp　　 红色光的色温低　　 蓝色光的色温高

4 颜色显色

4 颜色显色

光源 色温/K 光源 色温/K太阳(大气外) 6500 钨丝白炽灯(1000W) 2920太阳(在地表面) 4000～5000 荧光灯(日光色) 6500蓝色天空 18000～22000 荧光灯(冷白色) 4300月亮 4125 荧光灯(暖白色) 2900蜡烛 1925 金属卤化物灯煤油灯 1920 钠铊铟灯 4200～5000

钨丝白炽灯(10W) 2400 镝钬灯 6000钨丝白炽灯(100W) 2740 钪钠灯 3800～4200

弧光灯 3780 高压钠灯 2100

各种光源的色温

( 二 ) 光源的显色性　 照明光源显现被照物体颜色的性能称为显色性。 标准光源　 CIE 规定了四种，常以标准光源 A 作为低色温光源的参照标准。　标准光源 A ：温度约为 2856K 的完全辐射体( 黑体 ) 发出的光，现实的标准光源 A 是色温为2856K 的充气钨丝灯泡。

4 颜色显色

显色指数　定量表征光源显色的优劣。　用被测光源下物体的颜色与参照光源下物体的颜色相符程度来衡量。 一般显色指数 Ra 特殊显色指数 Ri 显色指数等级 Ra=100~80, 显色性优良　 Ra=79~50, 显色性一般　 Ra<50, 显色性较差　

4 颜色显色

4 颜色显色

二、物体的颜色　　物体表面的颜色是它对照射光线中某一种波长的光反射 (或透射 ) ，比其他波长的光要强得多，反射 (或透射 )得最强的波长的光，即为该物体的色彩。₤ 黑色物体对各种彩色的光都吸收，不能反射光，无论什么彩色光或日光照射都显黑色。₤ 白色物体能将所有的彩色光都反射出来，日光照射时显白色，红光照射时显红色，其他彩色光照射时就显现与光源相同的彩色。

4 颜色显色

₤ 荧光高压汞灯的光谱中青、蓝、绿光多，红光很少，照射在白黄色的人脸上反射的青、蓝、绿光较多，脸显青灰色。　照射在蓝布上，蓝布的光谱反射比以蓝光最强。蓝布吸收了其他颜色光而反射蓝光，蓝布呈蓝色₤ 钠灯照射蓝布。钠灯的发射光谱中无蓝色光，绝大多数光线被蓝布吸收，几乎无反射光，蓝布呈黑色。

4 颜色显色

4 颜色显色

　　﹡光源发出各种波长的光，如果光中所包含的各种可见光的波长之间相对平衡的话，这种光称作白光。

图 2-10 物体的颜色