照明设计师实用的基本色度学


  

    色度学是—门研究彩色计量的科学,其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。彩色视觉是人眼的—种明视觉。彩色光的基本参数有:明亮度、色调和饱和度。明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一般来说,彩色光能量大则显得亮,反之则暗。色调反映颜色的类别,如红色、绿色、蓝色等。彩色物体的色调决定于在光照明下所反射光的光谱成分。例如,某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占有优势,而其它成分被吸收掉了。对于透射光,其色调则由透射光的波长分布或光谱所决定。饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同一色调的彩色光,其饱和度越高,颜色就越深,或越纯;而饱和度越小,颜色就越浅,或纯度越低。高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅,变成低饱和度的色光。因而饱和度是色光纯度的反映。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光阴纯色光。色调与饱和度又合称为色度,它即说明彩色光的颜色类别,又说明颜色的深浅程度。


     
    应强调指出,虽然不同波长的色光会引起不同的彩色感觉,但相同的彩色感觉却可来自不同的光谱成分组合。例如,适当比例的红光和绿光混合后,可产生与单色黄光相同的彩色视觉效果。事实上,自然界中所有彩色都可以由三种基本彩色混合而成,这就是三基色原理。


     
    基于以上事实,有人提出了一种假设,认为视网膜上的视锥细胞有三种类型,即红视谁细胞、绿视锥细胞和蓝视锥细胞。黄光既能激励红视锥细胞,又能激励绿视锥细胞。由此可推论,当红光和绿光同时到达视网膜时,这两种视锥细胞同时受到激励,所造成的视觉效果与单色黄光没有区别。


     
    三基色是这样的三种颜色,它们相互独立,其中任一色均不能由其它二色混合产生。它们又是完备的,即所有其它颜色都可以由三基色按不同的比例组合而得到。有两种基色系统,一种是加色系统,其基色是红、绿、蓝;另一种是减色系统,其三基色是黄、青、紫(或品红)。不同比例的三基色光相加得到彩色称为相加混色,其规律为:


        红+绿=黄

        红+蓝=紫

        蓝+绿=青

        红+蓝+绿=白

    彩色还可由混合各种比例的绘画颜料或染料来配出,这就是相减混色。因为颜料能吸收入射光光谱中的某些成分,未吸收的部分被反射,从而形成了该颜料特有的彩色。当不同比例的颜料混合在一起的时候,它们吸收光谱的成分也随之改变,从而得到不同的彩色。其规律为:


     黄=白-蓝

        紫=白-绿

        青=白-红

        黄+紫=白-蓝-绿=红

        黄+青=白-蓝-红=绿

        紫+青=白-绿-红=蓝

        黄+紫+青=白-蓝-绿-红=黑

    相减混色主要用于美术、印刷、纺织等,我们讨论的图象系统用的是相加混色,注意个要将二者混淆。

     

    根据人眼上述的彩色视觉特征,就可以选择三种基色,将它们按不同的比例组合而引起各种不同的彩色视觉。这就是三基色原理的主要内容。


     
    原则上可采用各种不同的三色组,为标准化起见,国际照明委员会(CIE)作了统一规定。选水银光谱中波长为 546.1 纳米的绿光为绿基色光;波长为 435.8 纳米的蓝光为蓝基色光。


     
    实验发现,人眼的视觉响应应取决于红、绿、蓝三分量的代数和,即它们的比例决定了彩色视觉,而其亮度在数量上等于三基色的总和。这个规律称为 Grassman 定律。由于人眼的这一特性,就有可能在色度学中应用代数法则。

     

    白光(W)可由红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色相加而得,它们的光通量比例为:

     

    ΦR:ΦG:ΦB = 1:4.5907:0.0601


     
    通常,取光通量为1光瓦的红基色光为基准,于是要配出白光,就需要4.5907光瓦的绿光和 0.0601光瓦的蓝光,而白光的光通量则为:


     
    Φw =1 + 4.5907 + 0.0601=5.6508光瓦


     
    为简化计算,使用了三基色单位制,记作[R]、[G]、,它规定白光是由各为1个单位的三基色光组成,即


        M W = 1[R] + 1[G] + 1


    符号 M 的含义是“可由…混合配出”。由此可知,

    1个单位[R]=1光瓦(红基色光)

    1个单位[G]=4.5907光瓦(绿基色光)

    1个单位=O.0601光瓦(蓝基色光)

    选定上述单位以后,对于任意给出的彩色光C,其配色方程可写成


    C=r1[R] + g1[G] + b1

    该色的光通量为


    Φc=(r1+4.5907g1+0.0601b1)光瓦

    =680(r1+4.5907g1+0.0601b1)流明

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