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 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。 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

2 视觉特性 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 2 视觉特性 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 二、光谱灵敏度 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 2 视觉特性 二、光谱灵敏度 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

2 视觉特性 视觉可以忍受的亮度上限为106cd/m2。 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”。 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 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 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 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。

2 视觉特性 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 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。 图2-5 明适应与暗适应

2 视觉特性 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。 2 视觉特性 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。 锥状视觉适应过程 柱状视觉 适应过程 图2-5 明适应与暗适应

2 视觉特性 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。 锥状视觉适应过程 柱状视觉 适应过程 图2-5 明适应与暗适应

2 视觉特性 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。 2 视觉特性 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。 D=1.5mm，α=1'， 视力为1.0。 D=1mm， α=40"， 视力为1.5。 图2-6 兰道尔环

2 视觉特性 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。

2 视觉特性 (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。 2 视觉特性 (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。

2 视觉特性 (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。 2 视觉特性 (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。

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°， 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°。 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。 图2-7 人眼的正常视野

2 视觉特性 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 2 视觉特性 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 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。 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 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

3 颜色 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 3 颜色 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 (a)白炽灯、卤钨灯 (b)荧光灯 (c)荧光高压汞灯 (d)高压钠灯 图2-8 常用照明电光源的相对光谱功率分布

3 颜色 (e)钠铊铟灯 (f )管形镝灯 (g)管形氙灯、日光 图2-8 常用照明电光源的相对光谱功率分布

3 颜色 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 3 颜色 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 人眼在颜色刺激下所造成的颜色视觉变 (二) 颜色适应 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 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 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

4 颜色显色 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)。 4 颜色显色 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 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 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 各种光源的色温

4 颜色显色 (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 4 颜色显色 (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 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 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。 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 　　﹡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