1、 緒 論 顏色的5類15種原因 1、振動與簡單激發 1白熾：火焰，燈，碳弧，石灰光 2氣體激發：蒸氣燈，電閃，極光 3振動與轉動：水，冰，碘n2、配位場效應中的、配位場效應中的d-d躍遷躍遷n 4過渡元素化合物：多種顏料，過渡元素化合物：多種顏料，某些熒光、激光、磷光體某些熒光、激光、磷光體n 5過渡金屬雜質：紅寶石，祖母過渡金屬雜質：紅寶石，祖母綠綠n3、分子軌道間的躍遷、分子軌道間的躍遷n 6有機化合物：染料，生物顏色，有機化合物：染料，生物顏色，某些激光與熒光某些激光與熒光n 7電荷轉移：藍寶石，磁鐵礦，電荷轉移：藍寶石，磁鐵礦，顏料顏料n4、能帶實際涉及的躍遷、能帶實際涉及的躍遷n 8

2、金屬：銅，銀，金，鐵等金屬：銅，銀，金，鐵等n 9純半導體：硅，方鉛礦，金剛純半導體：硅，方鉛礦，金剛石石n 10含雜質的半導體：有色金剛含雜質的半導體：有色金剛石石n 11色心：紫晶，煙晶，某些熒色心：紫晶，煙晶，某些熒光與激光光與激光n5、幾何光學與物理光學、幾何光學與物理光學n 12色散、折射：虹、暈、幻日、色散、折射：虹、暈、幻日、寶石光輝寶石光輝n 13散射：藍天、紅日，某些生散射：藍天、紅日，某些生物顏色物顏色n 14干涉：水面油膜，肥皂泡，干涉：水面油膜，肥皂泡，某些生物顏色某些生物顏色n 15衍射：光柵，蛋白石，液晶，衍射：光柵，蛋白石，液晶，某些生物顏色某些生物顏色第一章第一

3、章 顏色的根本實際顏色的根本實際n 1.1 光與顏色n1.1.1、可見光的特性n 1、顏色的三種意義n 第一：描畫物體的性質n 第二：描畫光線的特征n 第三：描畫一種覺得 2、可見光的特性 光是具有電磁波本質的物質，是由光源發出的一種輻射能。 光既有動搖性又有微粒性。 白光能分解為七種彩色光，是由于棱鏡對復色光中不同的單色光具有不同的折射率。 折射率 =真空中光速 / 介質中光速3、光見度函數n 人眼對不同波長的光，具有不同的靈敏度，不同人的眼睛對各種波長的光靈敏度也有差別，經過對許多正常人眼的研討，求出對各種波長的平均相對靈敏度。n 表征平均相對靈敏度的函數稱為光見度函數。 在光照充分條件下

4、得到的人眼的光見度函數曲線，稱為亮堂光光見度曲線，也稱明視覺曲線。 在光照較弱條件下得到的光見度曲線稱為暗弱光光見度曲線，也稱暗視覺曲線。 暗視覺曲線的峰所對應的波長，比明視覺曲線的峰對應的波長短約50nm，即曲線的峰值向短波方向挪動50nm。n 產生這種景象的根本緣由在于人眼視網膜上有兩種感光元：n 一種呈圓錐形，稱錐細胞，人眼的錐細胞長度為2858nm，直徑為2.57.5nm。 n 在光亮條件下，可以分辨顏色和物體細節。n 另一種呈圓柱形，稱桿細胞，其長度為4060nm,平均直徑只需2nm。n 適宜于微光視覺，普通不能分辨顏色和細節。4、光度學的計量單位、光度學的計量單位n光度學是對可見光

5、能量的研討。光度學是對可見光能量的研討。n對對X光、紫外光、紅外光以及其它電光、紫外光、紅外光以及其它電磁波能量的計量研討稱為輻射量度磁波能量的計量研討稱為輻射量度學。學。n1發光強度發光強度 In 發光強度是光度學根本單位。發光強度是光度學根本單位。n 1967年在法國巴黎的第13次國際度量衡會議上，規定在鉑的凝固點約2042K或1769 0C和氣壓為101.325 N/m2的絕對黑體，其面積等于10-5/6 m2，沿法線方向發出的光的發光強度為1個發光強度單位，稱坎德拉Candela，簡稱坎。n 同時規定：發光強度I與光通量F和立體角的關系為 I = F/ n 2光通量Fn 光通量不僅與光

6、的輻射功率有關，也與人眼對該波長光的覺得靈敏度有關。n 為表示光源外表的客觀輻射量經過人眼所引起的視覺視覺強度，引入物理量光通量，以F表示。n 國際上通用的光通量單位為流明lm，簡稱流。n 數值上等于光見度函數與輻射通量的乘積：即 F=E n 無單位，無單位，E 具有功率單位，具有功率單位，所以所以F有與功率一樣的單位。有與功率一樣的單位。n一個一個40瓦的鎢絲燈泡輸出的光通量為瓦的鎢絲燈泡輸出的光通量為468流明，發光效率為流明，發光效率為11.7流明流明/瓦瓦;n一個一個40瓦的日光燈輸出的光通量可達瓦的日光燈輸出的光通量可達2100流明流明,發光效率發光效率52.5流明流明/瓦瓦;n人工

7、光源的發光效率已達人工光源的發光效率已達100流明流明/瓦。瓦。n3亮度亮度 Ln每平方米的發光強度。每平方米的發光強度。n太陽的亮度太陽的亮度: L=1.6109 cd/m2n月亮的亮度月亮的亮度: L=2500 cd/m2n一盞熒光燈的亮度一盞熒光燈的亮度:L=1000cd/m21.1.2 視覺特性視覺特性n1、視覺器官、視覺器官眼睛眼睛n 角膜、鞏膜角膜、鞏膜n 虹膜、脈絡膜虹膜、脈絡膜n 視網膜：光敏細胞視網膜：光敏細胞650萬錐狀細胞、萬錐狀細胞、1.11.25億桿狀細胞億桿狀細胞n 晶狀體晶狀體n 前室透明水狀液體前室透明水狀液體,后室膠質透明構造體后室膠質透明構造體n2、彩色視覺

8、、彩色視覺n錐細胞與桿細胞的不同功能；錐細胞與桿細胞的不同功能；n人眼視網膜上的三組錐體細胞對紅、人眼視網膜上的三組錐體細胞對紅、綠、藍有最大靈敏度；綠、藍有最大靈敏度；n色弱與色盲色弱與色盲n 先天先天n 后天后天 n3、視覺干擾效應、視覺干擾效應n亮度反襯亮度反襯n疲勞效應疲勞效應n文化背景、感情、生理覺察效應、幻文化背景、感情、生理覺察效應、幻覺覺1.1.3 視覺的有機化學視覺的有機化學n分子程度共軛多烯的光吸收和順反異分子程度共軛多烯的光吸收和順反異構體的相互轉化構體的相互轉化n1、11-順順-視黃醛的醛基和視蛋白外表視黃醛的醛基和視蛋白外表的氨基之間反響的氨基之間反響,失一分子水生成

9、視紫失一分子水生成視紫紅質紅質;n2、視紫紅質在可見光范圍內吸收光子、視紫紅質在可見光范圍內吸收光子,引發導致視神經脈沖傳送到大腦的化引發導致視神經脈沖傳送到大腦的化學作用學作用,產生視覺產生視覺n伴隨光子吸收產生的兩種景象：伴隨光子吸收產生的兩種景象：n111-順順-視黃醛異構化成間視紫紅質視黃醛異構化成間視紫紅質II的全反式視黃醛；的全反式視黃醛；n2產生神經脈沖，亞胺鍵失去維護產生神經脈沖，亞胺鍵失去維護而水解，間視紫紅質而水解，間視紫紅質II水解生成視蛋白水解生成視蛋白和全反式視黃醛。和全反式視黃醛。n 酶催化酶催化 n全反式視黃醛全反式視黃醛 全反式維生素全反式維生素An 復原復原n

10、視網膜漂白成無色視網膜漂白成無色n3.視紫紅質在視紫紅質在498nm處有一個最大吸收處有一個最大吸收,呈紫紅色呈紫紅色,全反式視黃醛在全反式視黃醛在387nm處有處有一個最大吸收一個最大吸收,呈黃色。呈黃色。n全反式視黃醛受酶催化復原成全反式維全反式視黃醛受酶催化復原成全反式維生素生素A,視網膜漂白成無色方式。視網膜漂白成無色方式。n4.視紫紅質再生視紫紅質再生n1光作用下：在視網膜中再生；光作用下：在視網膜中再生；n2黑暗中：肝臟中酶催化再生。黑暗中：肝臟中酶催化再生。1.1.4光與物體的相互作用n1、光與大塊物體的作用、光與大塊物體的作用n外表非常光滑外表非常光滑鏡反射，反射物體顏色；鏡反

11、射，反射物體顏色；n不很光滑不很光滑 漫反射，表達物體顏色；漫反射，表達物體顏色；n外表粗糙外表粗糙散射，幾乎表達不出物體的顏色；散射，幾乎表達不出物體的顏色；n遵守能量守恒：遵守能量守恒：n入射光入射光=散射光散射光+反射光反射光+吸收光吸收光+透射光透射光n2、光與分子、原子、電子的相互作用、光與分子、原子、電子的相互作用n光作用到物體：光作用到物體：n 低能輻射低能輻射熱效應，振動與轉動能熱效應，振動與轉動能n 添加添加n 電子激發電子激發光能與物質中的電子協光能與物質中的電子協 n 調作用，能夠產生顏色調作用，能夠產生顏色n 高能輻射高能輻射電離電離1.1.5物體的顏色物體的顏色n物體

12、的顏色取決于它吸收、反射和透射物體的顏色取決于它吸收、反射和透射光的情況。光的情況。n表色：由反射光決議的物體的顏色。表色：由反射光決議的物體的顏色。n體色：由散射決議的物體的顏色。體色：由散射決議的物體的顏色。n有些物體可以同時具有體色和表色，如有些物體可以同時具有體色和表色，如品紅的體色是紅色，表色卻是黃綠色。品紅的體色是紅色，表色卻是黃綠色。n透明物體的顏色決議于透射的光譜成分。透明物體的顏色決議于透射的光譜成分。1.2 色度學根底n1.2.1 顏色的三要素顏色的三要素n顏色：表示顏色的種類顏色：表示顏色的種類,決議于波長。決議于波長。n色飽和度：表示顏色的深淺程度，決議色飽和度：表示顏

13、色的深淺程度，決議于顏色光中混入白光的數量。于顏色光中混入白光的數量。n亮度：表示顏色的明暗程度，決議于光亮度：表示顏色的明暗程度，決議于光的強度，也是光對視覺的刺激程度。的強度，也是光對視覺的刺激程度。1.2.2 色度圖(色品圖)n1. 色度圖的意義色度圖的意義n 以虛擬的超飽和的紅、綠、藍三基色為以虛擬的超飽和的紅、綠、藍三基色為三角形頂點，把高度飽和的光譜顏色，三角形頂點，把高度飽和的光譜顏色，即相當于即相當于400nm的紫光到的紫光到700nm的紅光的紅光與其對應的能量繪制成曲線與其對應的能量繪制成曲線 , 按照不同按照不同的波長標志譜色軌跡，該曲線為馬掌形的波長標志譜色軌跡，該曲線為

14、馬掌形或舌形，不是閉合的，稱為色度或舌形，不是閉合的，稱為色度圖圖 。 n馬掌形曲線上標志的顏色是最強的或最飽馬掌形曲線上標志的顏色是最強的或最飽和的顏色，稱純真光譜色。和的顏色，稱純真光譜色。n曲線兩端連線上表示紫光束和紅光束混合曲線兩端連線上表示紫光束和紅光束混合而得到的各種深淺不同的顏色，是而得到的各種深淺不同的顏色，是“非光非光譜的顏色。譜的顏色。n圖內白色點圖內白色點W是各種色光按一定比例混合是各種色光按一定比例混合而成的。而成的。n曲線上一點與位于中心曲線上一點與位于中心W的點的連線，表的點的連線，表示該色與白光的混合。示該色與白光的混合。n經過中心白色點的任何直線的兩端都是互經過

15、中心白色點的任何直線的兩端都是互補色對。補色對。n等主波長線：等主波長線：n從中心白點出發作作直線，與曲線的交點從中心白點出發作作直線，與曲線的交點處的波長即為主波長，線段上各點的顏色處的波長即為主波長，線段上各點的顏色顏色一樣，但飽和度不同，稱等主波長線。顏色一樣，但飽和度不同，稱等主波長線。n等飽和度曲線：等飽和度曲線：n頻譜軌跡上顏色的飽和度為頻譜軌跡上顏色的飽和度為100%，W點點為為0，將一切飽和度一樣的點銜接起來得，將一切飽和度一樣的點銜接起來得到一簇等飽和度曲線，與馬掌形曲線外形到一簇等飽和度曲線，與馬掌形曲線外形類似。其飽和度取決于該點離譜色軌跡的類似。其飽和度取決于該點離譜色

16、軌跡的遠近，間隔越近，色飽和度越高。遠近，間隔越近，色飽和度越高。n2、色坐標n 三色系數x, y，z, n x+y+z=1.00n 一個顏色坐標通常只用x,y值標在直角坐標上。n三角形內確實切顏色決議于色坐標。nz是光束的亮度或發光強度，常以Y表示。n對于一樣發光強度Y的光束，具有最高y值的光束覺得最亮。n色度圖中綠與黃比藍與紅有較高的發光率。n3.杠桿定律杠桿定律n相應于閉合曲線內任何一點的顏色相應于閉合曲線內任何一點的顏色,都可都可以由線端的顏色以適當的比例混合而產以由線端的顏色以適當的比例混合而產生出來。生出來。n該比例符合該比例符合“杠桿定律杠桿定律n顏色顏色A的量的量a與顏色與顏色

17、B的量的量b混合便可產生混合便可產生出顏色出顏色C來，當來，當C離離A較近時，較近時，b的長度的長度短些，而短些，而a的長些。的長些。n顏色覺得與波長不是單值關系，有一定顏色覺得與波長不是單值關系，有一定的色域。的色域。n一種顏色可以由不同的方式組合得到。一種顏色可以由不同的方式組合得到。1.2.3三基色原理n1. 三基色三基色n人眼的三種光敏細胞分別對三種顏色較人眼的三種光敏細胞分別對三種顏色較敏感，因此可以利用三種顏色作為基色。敏感，因此可以利用三種顏色作為基色。n自然界中絕大多數彩色都能分解成相互自然界中絕大多數彩色都能分解成相互獨立的三種基色。獨立的三種基色。n三基色的選擇方式不是獨一

18、的。三基色的選擇方式不是獨一的。2.相加混色與相減混色n相加混色相加混色: 彩色光彩色光線以相加的方式線以相加的方式混合?；旌稀如圖：紅如圖：紅+綠綠=黃黃n 綠綠+藍藍=青青n 紅紅+藍藍=紫紫n 紅紅+綠綠+藍藍=白白n利用人眼的視覺特性，可以有三種方式相利用人眼的視覺特性，可以有三種方式相加混色：加混色：n1時間混色法：時間混色法： 三色光按一定順序三色光按一定順序輪番投射到同一外表；輪番投射到同一外表；n2空間混色法：空間混色法： 三色光分別投射到同三色光分別投射到同一外表臨近的三個點上；一外表臨近的三個點上；n3生理混色法：兩只眼睛分別看兩種生理混色法：兩只眼睛分別看兩種不同顏色的

19、同一景象，可獲得混色效果。不同顏色的同一景象，可獲得混色效果。n相加混色法常用于彩色電視、彩色印刷等。相加混色法常用于彩色電視、彩色印刷等。n相減混色：從白光中相減混色：從白光中減去基色的方法。減去基色的方法。n 紅紅+綠綠+藍藍=黑黑 n 青青=綠綠+藍藍=白白-紅紅n 黃黃=紅紅+綠綠=白白-藍藍n 紫紫=紅紅+藍藍=白白-綠綠n相加混色法普通以紅、相加混色法普通以紅、綠、藍為三基色綠、藍為三基色n相減混色法普通以黃、相減混色法普通以黃、紫、青為三基色紫、青為三基色n運用顏料時，防止相減混色的方法之一是運用顏料時，防止相減混色的方法之一是點畫法。很小、很密的飽和顏色的點相間點畫法。很小、很密的飽和顏色的點相間分布，在足夠遠的地方看，不能區分一個分布，在足夠遠的地方看，不能區分一個個點，產生兩種顏色相加的效果。個點，產生兩種顏色相加的效果。n如：綠點子與紫點子相間產生白色，而不如：綠點子與紫點子相間產生白色，而不是顏料綠與紫混合出現的黑色。是顏料綠與紫混合出現的黑色。n點畫法的優點是可以得到更亮的顏色。點畫法的優點是可以得到更亮的顏色。n彩色印刷與彩色電視都是用點系統相加的彩色印刷與彩色電視都是用點系統相加的,n留意點子不能重疊，否那么產生渾濁的相留意點子不能重疊，否那么產生渾濁的相減顏色。減顏色。習習 題題n1.運用色度圖從以下物體的運用色度圖從以下物體的x,