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1、2023/7/11,1,2023/7/11,2,一、三色学说（Three-component or Trichromatic Theory）1802年，英国的医学及物理学家托马斯扬（T.Yong）提出，虽然人眼能分辨出自然界中的所有可见光，但是，人的视网膜上不可能有那么多的视神经种类。他认为，人的视网膜上只有三种视觉神经纤维，分别是感红神经纤维、感绿神经纤维、感蓝神经纤维三种基本视觉纤维。,2023/7/11,3,2023/7/11,4,2023/7/11,5,白光作用于人眼时，三种神经兴奋的程度一样，则产生白色的感觉。如果是一种混合色，则它是三种神经按不同比例兴奋的结果。如“红”和“绿”神经
2、纤维兴奋，则会引起黄色的感觉。“绿”和“蓝”神经纤维兴奋，会引起青色的感觉。为了说明这个问题，赫姆霍尔兹作了一个图解，如图2-13所示，对任一波长，感红、感绿、感蓝神经纤维都有一定的兴奋程度，只不过各纤维各自的最大兴奋点有所不同。这就是有名的三色学说。,2023/7/11,6,图2-12 赫姆霍尔兹平行构造色觉三色模型,2023/7/11,7,2023/7/11,8,赫姆霍尔兹所提出的在视网膜上存在三类感色细胞的设想，早已为现代解剖学的发现所证实，这就是前面所说的视锥细胞（包括在明视时起作用的红视锥细胞、绿视锥细胞与 蓝视锥细胞）。经过在20世纪中成熟起来的现代色彩学的精确推演，三类感光元在可
3、见光波段中的三刺激值曲线应如图2-14所示。理想的自然白光在理论上由红、绿、蓝三种色光构成，三种色光的比例为1：1：1，人工光源所发出的光，可以通过红、绿、蓝三种单色光按不同比例混合匹配产生。这种用来匹配某一特定光源所需要的红、绿、蓝三原色的量叫做该光源三刺激值。之所以有些光源偏黄、偏暖，有些光源偏冷、偏青、就是因为光源的三刺激值分配不均而造成的。,2023/7/11,9,图2-14 现代光谱基本感觉曲线,2023/7/11,10,三色学说能够充分地解释颜色混合的现象。这在上面的内容中已有说明。同时，三色学说也可很好地解释负后像现象。当眼睛注视绿色一段时间，则感绿纤维被激活并一直处于工作状态，
4、当眼睛转而去看一个灰背景时，感绿纤维已经疲劳不能现发生反应了，而感红和感蓝纤维仍能对白光中的红光和蓝光起反应，所以得到一个品红色的影像，我们称之为负后像。,2023/7/11,11,三色学说也可以解释颜色对比效应。人在观察物体时并不是一直注视某一点不动，而是视线不断地在附近转来转去。当观察一个蓝、白相间的邻近区域时，感蓝视觉神经更为疲劳，从而降低蓝色的灵敏度，送出的信息中蓝色成分少，而在白色区域就看到蓝色的补色黄色。,2023/7/11,12,三色学说也有不足之处，就是它不能满意地解释色盲现象。对于色盲现象，三色学说认为是因为人的视觉器官缺少一种感色纤维而造成单色盲，同时缺少三种感色纤维而造成
5、全色盲。如果按照这种说法，应该有三种色盲，分别是红色盲、绿色盲和蓝色盲，并且它们可以单独存在，但是事实是，几乎所有的红色盲同时也是绿色盲，也就是常说的红绿色盲。,2023/7/11,13,2023/7/11,14,二、对立学说（Opponent-colors Theory）赫林（E.Hering）的对立颜色学说也叫做四色学说。在1878年时，德国的生理学家Ewald，根据精神物理学的研究观察发现，红绿、黄蓝、黑白总是呈现对立关系的色彩现象，也说是说红和绿、黄和蓝、黑和白不可能同时存在于任何的色彩感觉当中。所以Hering提出了“对立色理论”学说（Opponent Colors Theory或O
6、pponent Process Theory).,2023/7/11,15,2023/7/11,16,2023/7/11,17,2023/7/11,18,对立学说能很好地解释各种颜色感觉和颜色混合现象。当两种颜色为对立色时，混合时则得到白色。这是因为它们对某一对视素的两种对立过程形成平衡的结果，故不产生与该种视素有关的视觉。而当所有的颜色同时作用于各种视素时，红-绿、黄-蓝视素的对立过程都达到平衡，只有黑-的视素活动，因而引起白色或灰色的感觉。,2023/7/11,19,2023/7/11,20,Hering的对立色色彩理论学说的提出，也解释了负后像，此现象是因为当某一色彩刺激停止时，与该色彩
7、相关的视素的对立过程开始活动，因而产生该色的对立色即补色。关于同时颜色对比，当视网膜正发生某一对视素的破坏作用，其相临部分便会发生建设作用，而引起同时颜色对比现象。,2023/7/11,21,为什么任何色彩总存在一个与之截然相反的补色(complementary Colors)呢?这用三色学说是难以解释的。而对立颜色学说则表明任何色觉皆决定于三组对立颜色的响应，其中黑白响应值决定它的亮度，而红绿与蓝黄两组对立颜色响应值的组合则决定其色彩性格。,2023/7/11,22,2023/7/11,23,为什么光谱上存在众多的高纯度的单波长色光，而在人类的心理上只存在如图2-16所示四个纯净的、不为任何
8、其他色彩所“污染”的色彩感觉呢?这四个纯净的色彩就是心理纯色。它们分别是心理纯红、心理纯黄、心理纯绿与心理纯蓝。它们正是两对立颜色中仅存在一个对立颜色响应时的色觉。,2023/7/11,24,由赫林基本感觉曲线可知，其中心理纯黄正是波长接近580nm、红绿物质的响应过零值时所感知的黄；心理纯蓝正是波长稍过470nm、红绿物质的响应另一个过零值时所感知的蓝；心理纯绿则正是波长约为500nm、蓝黄物质的响应过零值时所感知的绿；心理纯红也应出现于蓝黄物质的响应另一个过零值时所感知的红，但由图可知这个点已落在可见光波段之外。,2023/7/11,25,可见，心理纯黄、心理纯绿色与心理纯蓝都是光谱色，只
9、有心理纯红不是光谱色，而是为了使光谱能连接成连续的现代色环而添加上去的红紫色系列稍近红色端的色彩。在该图上还可以看到，四个心理纯色等间距地排列在色环上。在色环上任意两个相邻的心理纯色之间，是该两色的均匀过渡。,2023/7/11,26,2023/7/11,27,可以看到有带红的黄与带红的蓝，而决没有带红的绿。同样，会有带黄的红或带黄的绿，而绝没有带黄的蓝。这正是由于红与绿色以及黄与蓝都分别是同对立颜色的正、反两个过程所表现的结果。,2023/7/11,28,2023/7/11,29,2023/7/11,30,三、阶段学说很长时间以来，三色学说和四色学说一直处于对立的地位。然而近几十年来，在实验
10、的基础上，人们对这两个学说有了进一步的认识，并将这两个学说的逐步统一，形成了现代的阶段学说。阶段学说最早是由G.E.Muller（1930）及Judd（1949）所提出，他们认为长久以来一直在色彩视觉理论（Color Vision Theory）处于对立的状态的三色理论与对立理论，是可以加以统一与相互配合的，并且对于人眼色彩视觉的现象做了更为完整的解释与说明。,2023/7/11,31,现代神经生理学研究表明，在视网膜上确实存在三种不同的颜色感受器，它们是三种感色的视锥细胞，分别对应着不同的光谱敏感特性。同时在对视神经传导通路的研究中发现，视神经系统中可以发出三种反应，即光反应，红-绿反应和黄
11、-蓝反应。因此可以认为，视网膜上的锥体细胞是一个三色系统，而在视觉信息向大脑皮层视觉中枢的传导通路中则变成了四色机制。,2023/7/11,32,颜色视觉的形成过程可分为几个阶段。如图2-17所示。第一阶段，当光线进入人眼视网膜时，三种独立的锥体细胞中的感色物质会选择吸收不同波长光谱的辐射，同时每一种锥体细胞根据光刺激量又可独自产生明度（黑或白）与色彩（红、绿、蓝）的反应。在这一阶段中可应用Young-Helmholtz视觉色彩三原色理论及色光混合实验来解释视觉色彩的混合现象。第二阶段中，在神经兴奋由锥体细胞向视神经细胞传递的过程中，这三种反应重新组合，形成三对对立性的神经反应，即红-绿、黄-
12、蓝、黑-白反应。颜色视觉过程的这种设想称为阶段学说。,2023/7/11,33,图2-17 阶段学说示意图,2023/7/11,34,人眼视觉现象,前面说过，颜色视觉的形成有四个要素：可见光、物体、眼睛和大脑。它们形成颜色视觉涉及到三个科学领域：第一是人体外部客观存在的世界，如可见光和物体，它们可以对人产生各种物理刺激，这种物理刺激量的大小，能够用物理仪器进行测量，是受物理法则支配的物理学系统。,2023/7/11,35,2023/7/11,36,第三是大脑按它贮存的经验、记忆和对比，识别这些传输来的信号，这是按心理学法则实施的心理学系统。从色彩研究观点来说，受物理学法则支配的“色彩真实”，有
13、时往往与按人的生理学和心理学法则支配的“色彩效果”不一致，即在人的颜色视(知)觉中关于色彩的主观心理映像与外界客观刺激的关系，并不完全服从物理学规律，这是人类在自然环境中长期生活所具有的适应性和保护性所造成的。,2023/7/11,37,由于生理和心理上的这种适应性，从而造成了色彩设计和复制工作中的复杂性和多元性。也说明了颜色感觉的形成是一个综合的系统。在这个系统中受到各种因素的影响，并形成了一些有规律的视觉现象。现分述如下：,2023/7/11,38,一、暗适应当人从明亮的环境进入到一个较暗的环境中时，刚开始的时候人眼看不清物体，即人眼的感受能力低，一段时间之后，人眼的感受能力逐渐提高。这种
14、人从光亮处到暗处时，眼睛的感受能力逐步增强的现象叫暗适应。,2023/7/11,39,暗适应和过程包括暗孔大小的变化和视网膜上感光化学物质的变化。从光亮的环境进入到黑暗的环境中时，瞳孔的直径可以从2mm扩大到8mm，使进入眼睛的光线增加了16倍，以便尽可能适应暗环境，看清物体。但是这种适应以力是有限的，如果是进入到全黑的地方，无论瞳孔如何扩大，依然无法看到物体。,2023/7/11,40,2023/7/11,41,另外，暗适应过程中人的视觉功能发生着变化。黑暗中视觉功能由中央视觉转为边缘视觉以完成暗适应。在黑暗中，视网膜边缘部化的视杆细胞的感受能力逐渐增强，视觉能力也逐渐提高。在视杆细胞中有一
15、种叫做视紫红质的感光化学物质，受到光的刺激时它会被“漂白”，所谓“漂白”就是在光亮条件下它感受不到光色。,2023/7/11,42,而当进入到黑暗环境时，视紫红质又重新合成从而恢复原有的作用。视觉的暗适应过程与视紫红质重新合成的速度相适应。实验证明，在黑暗中停留初期，暗适应进行得较快，人眼的感受性迅速提高，随着时间延长，特别是到了后期，暗适应就进行得很慢了。进入暗环境半小时后，视觉感受性可提高十万倍，经过45分钟之后，人眼达到完全的暗适应。图2-18就是暗适应分辨能力与时间的关系曲线。比如我们从光亮处进入电影院或地下室，要经过一段时间眼睛才能看清东西，就是暗适应现象。,2023/7/11,43
16、,2023/7/11,44,暗适应功能的有限性给人们的一些工作和生活带来了不便，比如暗室工作和在明暗频繁互换的环境下工作时，会造成一定的困难。但是幸运的是，可见光中的红色光只对视锥细胞起作用，而视杆细胞不受红光的影响，也就是说视杆细胞中的视紫红质不被红色所“漂白”，所以红色光不阻碍视杆细胞的暗适应过程。例如在暗室中工作的人，去光亮环境时戴上一付红色眼镜，等再次回到暗室时，就不需要重新暗适应。重要的信号灯、车辆的尾灯、驾驶舱的仪表盘等采用红光，也是同一道理。,2023/7/11,45,2023/7/11,46,三、颜色适应,一般情况，说物体呈什么颜色，都是指在自然光或类似于自然光的情况下来说的，
17、比如说西红柿是红色的，黑板是黑色的，都上指在日光下的颜色。其实如果周围环境、物体自身的状况、甚至是观察者发生了变化，那么物体的颜色也会或多或少地受到相应的影响。因此，物体的颜色受到许多因素的影响，具体来说有：,2023/7/11,47,1.光源的光谱成分的影响,在有色光源的照射下，物体会在相当程度上染上光源的色彩。这种现象称为光源的演色性。2.光源的照度的影响照度即物体被照亮的程度，它对物体的颜色有着直接的影响。3.环境色的影响,2023/7/11,48,2023/7/11,49,2023/7/11,50,2023/7/11,51,2023/7/11,52,色弱的情况有所不同，有的人是对红色的
18、辨别能力差，属于红色弱；而有些人对绿光的辨别能力差，属于绿色弱。色弱多发生于后天，男性多，女性少，通常是由于健康原因而造成的色觉系统和病态表现。色盲是严重的色觉异常，人对颜色的辨别能很差。一般分为局部色盲和全色盲两类。局部色盲一般是红绿色盲和黄蓝色盲。,2023/7/11,53,红绿色盲不能区分红色和绿色，不能分辨红色的叫红色盲，不能分辨绿色的叫绿色盲。黄蓝色盲仅对红绿有感觉，而对黄蓝则分不产生色觉。这种局部色盲现象多是由于疾病造成的。全色盲者是对所有的颜色均没有识别能力，只有明暗的感觉而没有颜色的感觉。它是因为人眼视网膜上没有锥体细胞或锥体细胞丧失功能，只有杆体细胞起作用，所以看不到颜色，只
19、看到物体明暗的程度。全色盲者一般都是先天性的的，所占比例非常少，因此这种病例是罕见的。,2023/7/11,54,六、颜色辨别在正常情况下，人的视觉器官在一定的亮度条件下，能看见并区别可见光谱中的各种颜色，对一些相近色也能区别开来。在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫这一系列主色调中，还存在着许多中间色，比如说黄绿色、蓝紫色等，人眼对这些间色同样也可以辨认。,2023/7/11,55,一般情况下，同一波长的光对应着一个固定的颜色，这是在其它外界条件都一定的条件下来说的。如果外界条件有了变化，那么上面的说法也就不再成立了。对于某些波长的光，我们会发现它的颜色与波长并不是恒定的，也就是说光的波长一定，但它
20、的颜色在不同的条件下却发生了变化。这是因为很多颜色受到光的强度的影响，随着光强的变化，光的颜色也发生变化。这种颜色随着光强度变化而变化的现象叫做贝楚德-朴尔克效应。,2023/7/11,56,具体变化的情况如图2-19所示。图中横坐标是波长，纵坐标是光强度。随着光强度的增强，各种波长在视觉感受上大多是向红色或蓝色的方向上变化，而只有572nm的黄色、503nm的绿色和478nm蓝色不发变化。,2023/7/11,57,2023/7/11,58,在可见光谱中，从红色端到紫色端，其间有各种各样的过渡色，这些间色，人眼的辨别能力是不一样的。在有的区域，光的波长稍有变化，人眼便可分辨，但是有的区域，光
21、波得有一个较大的变化时，人眼方可区别出颜色的不同。人的视觉在辨认波长的微小变化方面的能力称为辨认阈限。,2023/7/11,59,实验证明，人眼对光波变化最敏感的部位在490nm的青绿色光及590nm的橙黄色光附近，波长有12nm的改变，人的视觉器官便会有不同的颜色感受。对于540nm的绿色光谱段需要有23nm的波长变化人眼才可以对颜色有所区别。最不敏感的部位在可见光谱的两端，人眼对波长变化的反应能力近乎迟钝，特别是在波长大于655nm以及小于430nm的可见光范围，人眼几乎无法分辨颜色上的差别。图2-20为人眼对不同波长颜色的辨认阈限。在可见光谱范围内，一般人眼能够分辨出一百多种不同的颜色。
22、,2023/7/11,60,2023/7/11,61,七、颜色对比,人在观察物体时，常常是许多不同颜色的物体同时共存，相邻区域的不同颜色相互影响叫做颜色对比。颜色对比有两种，一种是同时颜色对比，另一种是先后颜色对比。,2023/7/11,62,一、同时颜色对比,同时颜色对比，是指两种颜色同时呈像在视网膜上时所产生的对比现象。比如将一浅灰色的纸片放在黑色的背景上，你会觉得灰纸显得亮一些，同样将这张浅灰色的纸片放在白色的背景上，你的感觉却是灰纸显得比较暗，你其甚至会以为它们不是同一片灰纸，如图2-21所示。,2023/7/11,63,2023/7/11,64,将几片同样大小同样颜色的灰纸放在不同的
23、背景上，在绿背景上灰色会带有红色的感觉，而在蓝背景上则会有黄色的感觉。如果是两种反差相当大的彩色放在一起，则两种颜色的对比会特别强烈，好象各自的颜色都比以前变深了。这就是同时颜色对比的结果。通过大量的科学实验，总结出这样的结论，当两种颜色放在一起时，人的视觉会感到一颜色向另一颜色的相反色方向变化。如白衣黑裤会觉得白的更白，黑的更黑；红花绿叶会感到花儿更艳，绿色更浓。,2023/7/11,65,二、先后颜色对比先后颜色对比是指先看一种颜色，之后再看第二种颜色时，两种颜色感觉就会相叠加，颜色产生不稳定的现象。当眼睛注视绿色几分钟之后，将视线移到白墙上，这时会感觉墙并不是白色的，而是浅红色。这种现象
24、用前面所讲的三色学说很容易解释，当眼睛看绿色一段时间之后，绿色视神经细胞产生疲劳，而与之相反的神经细胞较兴奋，因此先后颜色对比现象是，后来看的颜色上产生先看过的那种颜色的补色的感觉。但准确地说，并不一定是补色，而是与补色相近的颜色。,2023/7/11,66,又如人眼注视过红色之后，眼睛对红色的感受性就会降低，于是在白背景上会产生与原来颜色的补色相近的浅绿色，称之为负后像。利用四色学说同样也可以解释这一现象。负后像也有亮度特征，如果在灰背景上视白色较长时间，当移开白色之后，灰背景上会出现较暗的负后像；若在灰背景上放一黑色块，则会出现一个较亮的负后像。负后像时隐时现，直至最后消失。,2023/7
25、/11,67,与同时颜色对比不同的是，先后颜色对比是在时间运动的过程中发生的颜色对比现象。但是这种色彩不稳定的现象，只是视觉器官的感受，并不是颜色真的发生的变化。,2023/7/11,68,三、边界对比,如图2-22，在我们观察印刷控制条中的灰梯尺时，你会感到每一条边界线的右侧显得亮一些，而左侧显得暗些，使人感到在每个梯级内的明度是变化的。如果我们遮当住整个图形，而只留其中任何一个梯级来观察，就会看到在一个梯级内亮度是一致的，不存在一侧发亮，一侧发暗的现象。这种在明暗图形轮廓边界部分发生的主观对比加强的现象，就称为边界对比。,2023/7/11,69,2023/7/11,70,八、颜色恒定,外
26、界条件发生变化时，物体的颜色也随之变化。但是我们对一些常见物体的颜色的认识却是相对恒定的，这种现象就是颜色恒定现象。日光是呈现物体颜色的最主要的光源，但是从早到晚，日光照度的变化是在不断发生化的，早晚光线弱，中午光线强，太阳光的光谱成分发生发很大的变化，但我们的视觉仍保持着对事物颜色感受的恒定性，比如花永远是红的，树总是绿的，天仍是蓝的。,2023/7/11,71,颜色恒定现象是一个较为复杂的问题，赫林认为，最常见的物体的颜色给我们的记忆以深刻的印象，这一颜色就成为物体记忆颜色的固定特征，一切我们经验所知的物体，都是通过记忆颜色去看的，所以颜色的恒定与人的视觉系统对颜色的记忆有一定的关系。,2
27、023/7/11,72,除此之外，颜色恒定还取决于物体的物理特性及人眼视网膜的感光细胞特征。从这个现象也可以说明，单依靠目测的方法来评价颜色是不科学的，了解颜色恒定现象可以避免它在工作中的一些不利影响。,2023/7/11,73,九、颜色错觉,错觉是我们对外界刺激的一种不正确的反映。色彩能够造成心理上各种不同的错觉感，例如大小错觉、远近错觉和重量错觉等。同样大小的两个物体，人们对黑色物体感觉面积要小些，白色物体感觉面积要大些，如图2-24。这种现象是由人的视错觉造成的。,2023/7/11,74,此外，红色、橙色、黄色和白色一样，使人感到与同样面积的灰色物体相比显得大些；而绿、青、紫使人感到与
28、同样面积的灰色物体相比显得小一些。因为红、橙、黄等长波暖色有扩散性，给人以膨胀感、前进感；而绿、蓝、紫等短波长冷色有收敛性，给人以收缩感、后退感，如图2-25。,2023/7/11,75,2023/7/11,76,2023/7/11,77,造成这一现象的原因是由于视觉适应而造成的错觉。因为光谱色中各色光的波长不同，红色波长最长(700nm)，紫色波长最短(400nm)，而眼睛的水晶体类似一个不完善的透镜，当不同波长色光通过水晶体时有不同的折射率，它们通过水晶体而聚焦在不完全相同的平面上，短波的紫光焦点最近，长波的红光焦点最远，如图2-26所示。,2023/7/11,78,2023/7/11,79,为了适应波长的不同，红色聚焦时水晶体要变厚，紫色聚焦时水晶体要变薄，尽管水晶体具有调节适应功能，但各色光波长差异非常微小，完全适应是不可能的，所以短波长的冷色在视网膜前部成像，长波长的暖色在视网膜后方成像。这就造成在视膜上正确聚焦成像的条件下感觉红色比实际距离近，而蓝色比实际距离远。,2023/7/11,80,这样，由于视觉适应造成错觉，使红、橙、黄等暖色带有前进感和扩散感，看起来有靠近和扩大的感觉；与此相反，对绿、青、紫等冷色带有后退感和收敛感。根据颜色错觉的生理和心理作用，可以在宣传商品、美化环境和画面设计中，采用不同的色彩及装饰，达到宣传效果。,
