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1、,颜色视觉 理论概述Musell 表色系统简介,颜色视觉理论是一种复杂的物理生理学现象1. 牛顿时代：颜色可由某一固定波长的光波 引起。2. 杨-赫姆霍兹（T.Young-Helmholtz） 三原色学说3. 赫林 （Hering ）四色学说4. 阶段学说,1.牛顿光与颜色,The Light is a range of colors,Cosmicrays,X rays,UV,IR,Radio waves,400 nm,700 nm,White light can be dispersed into aspectrum with the aid of a prism,White Light,T
2、he spectrum,1666,牛頓 - 三菱鏡之色彩實驗1666,光 源,可 見 光 譜,自 然 光 源,藍 色 光,1nm = 1 x 10-9 metres= 1/1000,000,000 metre,自 然 光 源,400 nm,540 nm,700 nm,C = 光 速頻 率波 長,C = ,2.杨-赫姆霍兹 三色理论T.Young-Helmholtz,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,在视网膜上有三种形式的锥体细胞受到光的刺激就产生红、绿、蓝三种色觉：支持三原色学说的实验1. 眼底反射分光光度实验2. 显微分光光度实验3. 锥体细胞感受电位
3、光谱感度实验,Thomas Young - Herman von Helmholtz 視 覺 化 色 彩 理 論 - 三 原 色,1801 - 1860,紅 綠藍,光 源,紅 色 光,白 色 光,Helmoltz,The human eye,3 types of spectral sensitive cells who react on RGB,RGB,眼 睛,視覺神經,视网膜对光的感应杆状细胞 & 锥状细胞,光 源,視 網 膜 的 中 央 窩,桿 狀 細 胞,錐 狀 細 胞,視 覺 化 的 三 原 色 原 理Young-Hemholtz,感 覺 器 官,大 腦,白色物體,紅,綠,藍,視 覺
4、化 的 三 原 色 原 理Young-Hemholtz,感 覺 器 官,大 腦,紅色物體,紅,綠,藍,視 覺 化 的 三 原 色 原 理Young-Hemholtz,感 覺 器 官,大 腦,黃色物體,紅,綠,藍,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,三色学说存在的问题1. 不能解释色盲成对出现，如红色盲和绿色盲2. 不能解释全色盲随然不能感受颜色，但却能感 受黑白色（非色彩、灰色）3. 红-绿色盲安此理论是不能感觉黄色，事实上 却能感受,3.赫林(E.Hering)-四色理论(Opponent-Color theory),THE EFFECT OF SIZE
5、ON PERCIEVED COLOR,该假定视网膜上有三种化学物质，由于它们的破坏或再合成产生6种不同的色觉和规律：1. 白-黑 是对立的 破坏-白 重合成-黑2. 红-绿 是互补的 破坏-红 重合成-绿3. 黄-蓝 是互补的 破坏-黄 重合成-蓝,Ewald Hering 相 對 的 色 彩 理 論,1878,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,四色理论成功之处：1. 视网膜上缺少某一种对立的光化学物质如 红-绿色盲，缺少红绿物质。2. 全色盲是缺少红-绿、黄-蓝两种光化学物质 而仅存在黑白光化学物质所致,THE EFFECT OF SIZEON PER
6、CIEVED COLOR,四色学说存在的问题1. 最大困难是无法解释红、绿、蓝三种颜色能够 配合出所有色彩的配合规律2. 他的三种对立光化学物质在视网膜光感受水 平一级始终没有得到解剖学的实验证实。,4.阶段学说,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,阶段学说认为： 颜色视觉过程是分阶段的，包括三原感受、四色传导和中枢处理三个阶段。,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,三色感受： 在颜色视觉过程的光感受水平一级，符合T.Young的三色学说；即视网膜上有三种独立的感色物质。它们各自选择性地吸收光谱上的红色、绿色和兰色的色
7、光；同时每个感光物质又可单独地产生黑和白的反映，即在强光作用下产生白的反应，在无刺激时产生黑的反应。,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,四色传导： 锥体细胞兴奋刺激在向视觉中枢传导过程中符合E.Hering的四色学说；在神经兴奋由锥体细胞感受器向视觉中枢的传导过程中，这三种反映又重新组合，结果产生三对对立的神经反应，既红或绿、黑或白、黄或蓝的反映。,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,中枢处理： 大脑视觉皮质中枢把由视神经纤维传来的神经冲动根据已有的颜色经验进行处理，引起对颜色的心理感受；颜色心理感受的最常用的描述是
8、：色相、明度和彩度；上述描述被称之为颜色视觉的三属性。,1st. dimension of color= the hue,2nd. dimension of color= the lightness,3rd. dimension of color= the saturation,几种颜色视觉现象,1.色彩恒常性,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,颜色恒常性： 外界条件发生了一定范围的变化后，人们对物体的颜色感觉仍保持相对不变的特性1. 有人认为与人的记忆、经验、知识有关， 受一定的心理因素支配； 2. 与周围环境的参照对比有关,2.色适应,THE EFF
9、ECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,色适应： 由于环境光对眼睛的持续作用，致使眼睛对环境 光产生一定的抵消作用，而使颜色视觉受影响的现象称为色适应色适应包括：1. 亮度适应2. 颜色适应,亮度适应,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,亮度适应： 1). 明适应-由暗到亮的环境时 ，1Min 人眼就 适应了.2). 暗适应-由亮到暗的环境时 ，人眼看不清 周围的物体，15min后，人眼重新 适应了新的亮度水平，40min视觉 才能达到完全适应。,颜色适应,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,颜色适
10、应： 在明视觉状态下，视觉系统在颜色刺激的作用下所造成的颜色视觉变化叫做颜色适应,色对比,simultaneous contrast,Is each circle the same color?,simultaneous contrast,Is each circle the same color?,色 彩 視 覺,THE EFFECT OF SURROUND COLORS ON PERCIEVED COLOR,THE EFFECT OF SURROUND COLORS ON PERCIEVED COLOR,THE EFFECT OF SURROUND COLORS ON PERCIEVED
11、COLOR,颜色错觉,色 彩 大 小 错 觉,颜色适应,THE E,色 彩 視 覺EVED COLOR,THE EFFECT OF SURROUND COLORS ON PERCIEVED COLOR,颜色遗忘,THE EFFECT OF DISTANCE (MEMORY) ON COLOR COMPARISONWHAT IS THE COLOR DIFFERENCE?,THE EFFECT OF DISTANCE (MEMORY) ON COLOR COMPARISONWHAT IS THE COLOR DIFFERENCE?,Effect of Adjacent Colours,Effec
12、t of Adjacent Colours,色彩残影,Persistence of Vision,Persistence of Vision,DEFECTIVE COLOUR VISION,ISHIHARA TESTFOR COLOUR BLINDNESS8% of all Males,色 彩 視 覺 測 試,Fire red,Tomatored,Applered,Red,光源,光源,SPECTRAL POWER DISTRIBUTIONS,功率分布光源相对,ENERGY,A,D65,400,700,光源的色温,光 源 & 照 明 體,光 源,照 明 體,照 明 體 - 光經分光解析後而獲得到
13、的數據,照 明 體,A- 鎢絲燈光源C- 平均太陽光源CWF- 冷白冷白荧光燈光源D65-平均太陽光源F11- TL84 三基色荧光燈光源TL83- TL83三基色荧光燈光源ms ILL-英國瑪莎專用照明UL3000- 美國商店照明,color depends on the light source,the same object has different colors under different lights,混 色 理 論加 法 混合,色 彩 加 法 性紅 色 光 & 綠 色 光,色 彩 加 法 性紅 色 光 & 綠 色 光,色 彩 加 法 性紅 色 光 、 綠 色 光 、 藍色光,
14、Additive Mixing,Primary Colors of LIGHT,混 色 理 論 減 法混合,色 彩 減 法 性,光照射在物體後, 通常會吸收部份色光, 因此某些色光會部份被移除而無法反射出 .透明的色料在色彩減法性中會包含 穿透性 與 吸收性但不包含散射性 .色料在色彩減法性中有 吸收性 與 散射性 .,色 彩 減 法 性洋 紅 色,色 彩 減 法 混合洋 紅 色 & 黃 色,Subtractive Mixing - Colorants,Subtractive Primary Colors,颜色物体,Different mathematical Models,CIBAmulti
15、flux theorymodel based on the exact theory of light transfer,Beer Lambert law transparentdirected light beam,Kubelka Munk (1-r)2/2RDiffuse light beamSaunderson approchThickness ,K/S,log1/T,Translucent,Light effect on different objects,Transparent,Transparentcolored,Opaquecolored,Black (full absorpti
16、on),Light effect on different objects,Transmission in relation with the tickness,Contrast,The light beam passes two times through the pattern (in - out).The color difference over a white and black backing is the contrast,Backing,Transparency,The color difference over a black backing is the transpare
17、ncy,Absorbedtransmission,Fine particlesStrong absorptionSmall scatteringHigh transparency,Coarse particlesSmall absorptionStrong scatteringBad transparency,B,A,B,Color strengh,Concentration ratio in white letdown,A higher reflectance curve = weaker than B,R%,simplified calculationweighted K/S SumCol
18、or strengh in % =K/S sample x 100K/S Standard,A,how materials modify light,diffuse specularreflection,regular specularreflection,internalreflection,absorption,scattering,transmission,refraction,light - object interaction,An apple absorbs violet and green light while reflecting orange and red light.,
19、a spectrophotometer,LIGHT SOURCE,SAMPLE,LENS,MONOCHROMATOR,DETECTOR,ANALOG to DIGITAL CONVERTER,8 ,sample,to monochromator,specularport,8 ,light source,specularillumination,D65 filter,coating inside,an integrating sphere d/8,400nm,700nm,%R,spectral curves,This graph shows the percentage of lightrefl
20、ected by the apple at each wavelength.,100%,six concentrations of blue,The shape of this spectral curve is characteristic of a particular colorant,400 nm,700 nm,a fluorescent yellow,Some colorants absorb ultra-violet energy and re-emit that energy in the visible spectrum,400 nm,700 nm,Colour matchin
21、g functions,X,X,Y,Z,400,700,500,600,Spectral sensitivity of the human eye,C.I.E. - 觀 測 者,2 度 視 角 1931,10 度 視 角 1964,2,10,經過約 10,000 人實驗而得到人眼的三刺激值,Standard observer,1.7 cm,8.8 cm,-50 cm-,50 cm,Large f ield area : field angle 10,Small field area : field angle 2,觀 測 者,每 個 人 對 色 彩 的 感 受,色 彩 視 覺 障 礙,男性 北
22、美 8.00% 歐洲 8.76% 西歐 9.31% 中國 6.15% 日本 4.50% 亞洲 6.00%,色 彩 視 覺,全世界約有超過 2 億人在判色時有視覺上的障礙.超過 8% 男性有這方面的障礙 .僅有 0.5% 女性有這方面的障礙 .不同的測試過程會有不同的水準 .,颜色系统混色系统、表色系统,明度、彩度、色相,chroma,hue,lightness,表色系统,色卡,色卡,混色系统CIE混色系统,三 刺 激 值,X紅 RY綠 GZ藍 B,公式化的條件人眼三刺激值 x,y,z, 小三刺激值X,Y,Z, 大三刺激值,Colour Space CIE Y、x、y,MCAdam Just N
23、oticeable Differences,1942,CIELAB 色彩空间,CIE - L*a*b* SYSTEM reduced to 2 dimensions,Lets talk about numbers ?,CIELab,L*a*b*,L*C*h,Da*,XYZ,xyY,DC*,Db*,DE,L*,5R 5/10,Color is tridimensional,3. Saturation,2. Lightness,1. Hue,物 體,曇度,霾,不透明度,光澤,反射 (flop),紋理組織,物 體 也 會 影 響 對 顏 色 的 感 覺,Visual vs Instrumentati
24、on,Effect of Textures on Color, DE = 0.0,Visual vs Instrumentation,Effect of Textures on Color, DL 0.0,從構思到上市 - 傳統實體色樣的作業流程,太 紅 了!,又 太 綠 了!,再 暖 和 一 點!,$,$,$,物体光泽影响顏 色,規格制定,顏色樣品,最終產品,X = 15.4 Y = 20.2Z = 20.4,X = 15.4 Y = 20.2Z = 20.4,Metameric pairs of objects match under one condition. . .,X = 17.2
25、Y = 18.5Z = 7.00,X = 15.4 Y = 20.2Z = 20.4,Metameric pairs of objects match under one condition. . . and not under another.,Four reflectance curves which yield equal tristimulus values for D65 and the 2 observer,新季節色卡的設計Colorite 電子式顏色標準樣,使用 Colorite 和 ColorTools QC -在產品生產階段,Prepare product submissio
26、ns in Colorite environment format based on the actual colorants to be used, and communicate the submissions quickly to customers,appearance is more than color,color is one aspect of appearance,others are:,haze,reflex (flop),texture,X Y Z,X,X,=,Illuminant,Spectral reflectanceof the pattern,Tristimulu
27、s values,Color matchingfunctions,Tristimulus values,X = E x R x X,Y = E x R x Y,Z = E x R x Z,X,Y,Z,R,E,These values can be mathematically transformed into L*a*b* values,CIE规定仪器测色的几何条件,SIN,Gloss trap,Xenonflash,Pattern,Integration Sphere,8,8,SEX,D/8,45/0,Geometry of measurement,visual color evaluati
28、on - a light booth,Matte, mid-tone gray interior,Primary Source Secondary SourcesHigh Illumination,450,测色仪器,色 差 計 原 理 介 紹,光 源,光 源,紅 綠 藍濾 鏡,光 感 偵 測 器,電 壓 計,測 色 儀 器 的 演 進單 光 束 分 光 測 色 儀,Sample,色 樣,測 色 儀 器 的 演 進雙 光 束 分 光 測 色 儀,SAMPLE,光 源,電 子 訊 號,Sample,積分球內部球壁所反射出之白色光源,色 樣,測 色 儀 器 的 演 進,THE SPECTRAFLAS
29、H 600,SF - 600 分光測量儀,Sample Fibre Optic Cable,Reference Fibre Optic Cable,Baffles to reduce stray light,Entrance Slits 3m,Data To Microprocessor,Holographic Grating,2x 256 Photo diode Arrays,The SP2000 Dual Beam Analyser,5 Cm,縱 切 口,MC- 90 分 光 量 測 計,縱 切 口,360nm - 128 PHOTODIODE ARRAY - 700nm,參 考 光 束,
30、MC- 90 分 光 量 測 計,縱 切 口,360nm - 128 個光電感應陣列 - 700nm,參 考 光 束,色 樣 光 束 之 光 源,縱 切 口,MC- 90 分 光 量 測 計,縱 切 口,360nm - 128 個光電感應陣列 - 700nm,參 考 光 束,色 樣 光 束 之 光 源,縱 切 口,360nm - 128 個光電感應陣列 - 700nm,色 樣 光 束,MC- 90 分 光 量 測 計,參考光束之陣列組合輸出至電腦,360nm - 128 個光電感應陣列 - 700nm,色樣光束之陣列組合輸出至電腦,360nm - 128 個光電感應陣列 - 700nm,參 考
31、 光 束,色 樣 光 束,縱 切 口,色 樣 光 束 之 光 源,縱 切 口,MC- 90 分 光 量 測 計,8,8,參考光束輸出至 MC90,色樣光束輸出至 MC90,伸 縮 鏡 頭,D65 濾 鏡,氙 弧 燈 光,UV 濾 鏡,鏡面光遮 擋板,色樣,直徑 152 mm 一體成型之積分球,鏡面光之通口,同色异谱现象,同色异譜,一對色樣在不同光源下, 會產生不同的色彩變化稱之為色變 .,光源所產生的色變,標準樣,標準樣,批次樣,批次樣,色 恆 性,色恆性良好,色恆性不好,標 準 樣,標 準 樣,批 次 樣,批 次 樣,Metameric pair,under Daylight,L* = 68
32、.5a* = 8.7b* = 29.7,L* = 68.5a* = 8.6b* = 29.2,DE = 0.5,Metameric pair,under different illumination,L* = 71.2a* = 12.8b* = 32.8,L* = 71.1a* = 18.7b* = 31.8,E = 6.0,Principle of metamerism,X,X,=,X,X,=,=,X,X,X,X,=,L* = 68.5a* = 8.6b* = 29.2,L* = 71.2a* = 12.8b* = 32.8,L* = 71.1a* = 18.7b* = 31.8,L* =
33、68.5a* = 8.7b* = 29.7,DE = 0.5,DE = 6.0,L* = 71.2a* = 12.8b* = 32.8,L* = 71.1a* = 18.7b* = 31.8,Sample,Standard,71.1 - 71.2 = -0.1,18.7 - 12.8 = 5.9,31.8 - 32.8 = -1.0,12.8 2 + 32.8 2 = 35.2,Standard,Sample,-0.1 2 + 5.9 2 + -1.0 2 = 5.9,18.7 2 + 31.8 2 = 36.9,36.9 - 35.2 = 1.7,5.9 2 - (- 0.1) 2 - (-
34、 1.7) 2 = 5.7,Calculation examples in the CIE-L*a*b* System,色 變,同 色 異 譜,Paul Kubelka & Franz MunkTurbid Media Theory,1931 & 1947,配 方 的 預 測 - 應用在很多系統,預 測 配 方 的 基 礎 資 料,定義出每支染料的濃度 :,0.1% 0.25% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 3.0% 4.0%,+,YELLOWARLRUBINEA5BLBLUEANL,空白色樣,THE EFFECT OF SIZEON PERCIEVED COLOR,三色学说存在的问题1. 眼底反射分光光度实验2. 显微分光光度实验3. 锥体细胞感受电位光谱感度实验,Remarks,
