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1、 绪绪 论论 颜色的颜色的5类类15种起因种起因 1、振动与简单激发、振动与简单激发 （1）白炽：火焰，灯，碳弧，石灰光）白炽：火焰，灯，碳弧，石灰光 （2）气体激发：蒸气灯，电闪，极光）气体激发：蒸气灯，电闪，极光 （3）振动与转动：水，冰，碘）振动与转动：水，冰，碘n2、配位场效应中的、配位场效应中的d-d跃迁跃迁n （4）过渡元素化合物：多种颜料，）过渡元素化合物：多种颜料，某些荧光、激光、磷光体某些荧光、激光、磷光体n （5）过渡金属杂质：红宝石，祖母）过渡金属杂质：红宝石，祖母绿绿n3、分子轨道间的跃迁、分子轨道间的跃迁n （6）有机化合物：染料，生物颜色，）有机化合物：染料，生物颜
2、色，某些激光与荧光某些激光与荧光n （7）电荷转移：蓝宝石，磁铁矿，）电荷转移：蓝宝石，磁铁矿，颜料颜料n4、能带理论涉及的跃迁、能带理论涉及的跃迁n （8）金属：铜，银，金，铁等）金属：铜，银，金，铁等n （9）纯半导体：硅，方铅矿，金刚）纯半导体：硅，方铅矿，金刚石石n （10）含杂质的半导体：有色金刚）含杂质的半导体：有色金刚石石n （11）色心：紫晶，烟晶，某些荧光）色心：紫晶，烟晶，某些荧光与激光与激光n5、几何光学与物理光学、几何光学与物理光学n （12）色散、折射：虹、晕、幻日、）色散、折射：虹、晕、幻日、宝石光辉宝石光辉n （13）散射：蓝天、红日，某些生）散射：蓝天、红日，某
3、些生物颜色物颜色n （14）干涉：水面油膜，肥皂泡，）干涉：水面油膜，肥皂泡，某些生物颜色某些生物颜色n （15）衍射：光栅，蛋白石，液晶，）衍射：光栅，蛋白石，液晶，某些生物颜色某些生物颜色第一章第一章 颜色的基本理论颜色的基本理论n 1.1 光与颜色光与颜色n、可见光的特性、可见光的特性n 1、颜色的三种意义、颜色的三种意义n 第一：描述物体的性质第一：描述物体的性质n 第二：描述光线的特征第二：描述光线的特征n 第三：描述一种感觉第三：描述一种感觉 2、可见光的特性可见光的特性 光是具有电磁波本质的物质，是由光光是具有电磁波本质的物质，是由光源发出的一种辐射能。源发出的一种辐射能。光既有
4、波动性又有微粒性。光既有波动性又有微粒性。白光能分解为七种彩色光，是因为棱白光能分解为七种彩色光，是因为棱镜对复色光中不同的单色光具有不同的折镜对复色光中不同的单色光具有不同的折射率。射率。折射率折射率=真空中光速真空中光速/介质中光速介质中光速3、光见度函数（）n 人眼对不同波长的光，具有不同的灵人眼对不同波长的光，具有不同的灵敏度，不同人的眼睛对各种波长的光灵敏度，不同人的眼睛对各种波长的光灵敏度也有差别，通过对许多正常人眼的敏度也有差别，通过对许多正常人眼的研究，求出对各种波长的平均相对灵敏研究，求出对各种波长的平均相对灵敏度。度。n 表征平均相对灵敏度的函数称为光见表征平均相对灵敏度的
5、函数称为光见度函数。度函数。在光照充分条件下得到的人眼的光见在光照充分条件下得到的人眼的光见度函数曲线，称为明亮光光见度曲线，度函数曲线，称为明亮光光见度曲线，也称明视觉曲线。也称明视觉曲线。在光照较弱条件下得到的光见度曲线在光照较弱条件下得到的光见度曲线称为暗弱光光见度曲线，也称暗视觉曲称为暗弱光光见度曲线，也称暗视觉曲线。线。暗视觉曲线的峰所对应的波长，比明暗视觉曲线的峰所对应的波长，比明视觉曲线的峰对应的波长短约视觉曲线的峰对应的波长短约50nm，即，即曲线的峰值向短波方向移动曲线的峰值向短波方向移动50nm。n 产生这种现象的基本原因在于人眼视产生这种现象的基本原因在于人眼视网膜上有两
6、种感光元：网膜上有两种感光元：n 一种呈圆锥形，称锥细胞，人眼的锥一种呈圆锥形，称锥细胞，人眼的锥细胞长度为细胞长度为2858nm，直径为，直径为2.57.5nm。n 在光亮条件下，能够分辨颜色和物体在光亮条件下，能够分辨颜色和物体细节。细节。n 另一种呈圆柱形，称杆细胞，其长度另一种呈圆柱形，称杆细胞，其长度为为4060nm,平均直径只有平均直径只有2nm。n 适宜于微光视觉，一般不能分辨颜色适宜于微光视觉，一般不能分辨颜色和细节。和细节。4、光度学的计量单位、光度学的计量单位n光度学是对可见光能量的研究。光度学是对可见光能量的研究。n对对X光、紫外光、红外光以及其它电光、紫外光、红外光以及
7、其它电磁波能量的计量研究称为辐射量度磁波能量的计量研究称为辐射量度学。学。n（1）发光强度）发光强度 In 发光强度是光度学基本单位。发光强度是光度学基本单位。n 1967年在法国巴黎的第年在法国巴黎的第13次国际次国际度量衡会议上，规定在铂的凝固点度量衡会议上，规定在铂的凝固点（约（约2042K或或1769 0C）和气压为）和气压为101.325 N/m2的绝对黑体，其面积的绝对黑体，其面积等于等于10-5/6 m2，沿法线方向发出的，沿法线方向发出的光的发光强度为光的发光强度为1个发光强度单位，个发光强度单位，称坎德拉（称坎德拉（Candela），简称坎。），简称坎。n 同时规定：发光强度
8、同时规定：发光强度I与光通量与光通量F和立体角和立体角 的关系为的关系为 I=F/n （2）光通量）光通量Fn 光通量不仅与光的辐射功率有关，光通量不仅与光的辐射功率有关，也与人眼对该波长光的感觉灵敏度有也与人眼对该波长光的感觉灵敏度有关。关。n 为表示光源表面的客观辐射量通过人为表示光源表面的客观辐射量通过人眼所引起的视觉视觉强度，引入物理眼所引起的视觉视觉强度，引入物理量光通量，以量光通量，以F表示。表示。n 国际上通用的光通量单位为流明国际上通用的光通量单位为流明（lm），简称流。），简称流。n 数值上等于光见度函数与辐射通量数值上等于光见度函数与辐射通量的乘积：即的乘积：即 F=（）E
9、 n（）无单位，）无单位，E 具有功率单位，所具有功率单位，所以以F有与功率相同的单位。有与功率相同的单位。n一个一个40瓦的钨丝灯泡输出的光通量为瓦的钨丝灯泡输出的光通量为468流明，发光效率为流明，发光效率为11.7流明流明/瓦瓦;n一个一个40瓦的日光灯输出的光通量可达瓦的日光灯输出的光通量可达2100流明流明,发光效率发光效率52.5流明流明/瓦瓦;n人工光源的发光效率已达人工光源的发光效率已达100流明流明/瓦。瓦。n（3）亮度）亮度 Ln每平方米的发光强度。每平方米的发光强度。n太阳的亮度太阳的亮度:L=1.6 109 cd/m2n月亮的亮度月亮的亮度:L=2500 cd/m2n一
10、盏荧光灯的亮度一盏荧光灯的亮度:L=1000cd/m21.1.2 视觉特性视觉特性n1、视觉器官、视觉器官眼睛眼睛n 角膜、巩膜角膜、巩膜n 虹膜、脉络膜虹膜、脉络膜n 视网膜：光敏细胞视网膜：光敏细胞（650万锥状细胞、万锥状细胞、1.11.25亿杆状细胞）亿杆状细胞）n 晶状体晶状体n 前室透明水状液体前室透明水状液体,后室胶质透明结构体后室胶质透明结构体n2、彩色视觉、彩色视觉n锥细胞与杆细胞的不同功能；锥细胞与杆细胞的不同功能；n人眼视网膜上的三组锥体细胞对红、人眼视网膜上的三组锥体细胞对红、绿、蓝有最大灵敏度；绿、蓝有最大灵敏度；n色弱与色盲色弱与色盲n 先天先天n 后天后天 n3、
11、视觉干扰效应、视觉干扰效应n亮度反衬亮度反衬n疲劳效应疲劳效应n文化背景、感情、生理察觉效应、幻文化背景、感情、生理察觉效应、幻觉觉1.1.3 视觉的有机化学视觉的有机化学n分子水平共轭多烯的光吸收和顺反异分子水平共轭多烯的光吸收和顺反异构体的互相转化构体的互相转化n1、11-顺顺-视黄醛的醛基和视蛋白表面视黄醛的醛基和视蛋白表面的氨基之间反应的氨基之间反应,失一分子水生成视紫失一分子水生成视紫红质红质;n2、视紫红质在可见光范围内吸收光子、视紫红质在可见光范围内吸收光子,引发导致视神经脉冲传递到大脑的化引发导致视神经脉冲传递到大脑的化学作用学作用,产生视觉产生视觉n伴随光子吸收产生的两种现象
12、：伴随光子吸收产生的两种现象：n（1）11-顺顺-视黄醛异构化成间视紫红质视黄醛异构化成间视紫红质II的全反式视黄醛；的全反式视黄醛；n（2）产生神经脉冲，亚胺键失去保护）产生神经脉冲，亚胺键失去保护而水解，间视紫红质而水解，间视紫红质II水解生成视蛋白水解生成视蛋白和全反式视黄醛。和全反式视黄醛。n 酶催化酶催化 n全反式视黄醛全反式视黄醛 全反式维生素全反式维生素An 还原还原n视网膜漂白成无色视网膜漂白成无色n3.视紫红质在视紫红质在498nm处有一个最大吸收处有一个最大吸收,呈紫红色呈紫红色,全反式视黄醛在全反式视黄醛在387nm处有处有一个最大吸收一个最大吸收,呈黄色。呈黄色。n全反
13、式视黄醛受酶催化还原成全反式维全反式视黄醛受酶催化还原成全反式维生素生素A,视网膜漂白成无色形式。视网膜漂白成无色形式。n4.视紫红质再生视紫红质再生n（1）光作用下：在视网膜中再生；）光作用下：在视网膜中再生；n（2）黑暗中：肝脏中酶催化再生。）黑暗中：肝脏中酶催化再生。光与物体的相互作用n1、光与大块物体的作用、光与大块物体的作用n表面十分光滑表面十分光滑镜反射，反射物体颜色；镜反射，反射物体颜色；n不很光滑不很光滑 漫反射，体现物体颜色；漫反射，体现物体颜色；n表面粗糙表面粗糙散射，几乎体现不出物体的颜色；散射，几乎体现不出物体的颜色；n遵守能量守恒：遵守能量守恒：n入射光入射光=散射光
14、散射光+反射光反射光+吸收光吸收光+透射光透射光n2、光与分子、原子、电子的相互作用、光与分子、原子、电子的相互作用n光作用到物体：光作用到物体：n 低能辐射低能辐射热效应，振动与转动能热效应，振动与转动能n 增加增加n 电子激发电子激发光能与物质中的电子协光能与物质中的电子协 n 调作用，可能产生颜色调作用，可能产生颜色n 高能辐射高能辐射电离电离物体的颜色物体的颜色n物体的颜色取决于它吸收、反射和透射物体的颜色取决于它吸收、反射和透射光的情况。光的情况。n表色：由反射光决定的物体的颜色。表色：由反射光决定的物体的颜色。n体色：由散射决定的物体的颜色。体色：由散射决定的物体的颜色。n有些物体
15、可以同时具有体色和表色，如有些物体可以同时具有体色和表色，如品红的体色是红色，表色却是黄绿色。品红的体色是红色，表色却是黄绿色。n透明物体的颜色决定于透射的光谱成分。透明物体的颜色决定于透射的光谱成分。1.2 色度学基础n1.2.1 颜色的三要素颜色的三要素n色调：表示颜色的种类色调：表示颜色的种类,决定于波长。决定于波长。n色饱和度：表示颜色的深浅程度，决定色饱和度：表示颜色的深浅程度，决定于颜色光中混入白光的数量。于颜色光中混入白光的数量。n亮度：表示颜色的明暗程度，决定于光亮度：表示颜色的明暗程度，决定于光的强度，也是光对视觉的刺激程度。的强度，也是光对视觉的刺激程度。1.2.2 色度图
16、(色品图)n1.色度图的意义色度图的意义n 以虚构的超饱和的红、绿、蓝三基色为以虚构的超饱和的红、绿、蓝三基色为三角形顶点，把高度饱和的光谱颜色，三角形顶点，把高度饱和的光谱颜色，即相当于即相当于400nm的紫光到的紫光到700nm的红光的红光与其对应的能量绘制成曲线与其对应的能量绘制成曲线,按照不同按照不同的波长标记谱色轨迹，该曲线为马掌形的波长标记谱色轨迹，该曲线为马掌形（或舌形），不是闭合的，称为色度图（或舌形），不是闭合的，称为色度图 。n马掌形曲线上标志的颜色是最强的或最饱马掌形曲线上标志的颜色是最强的或最饱和的色彩，称纯净光谱色。和的色彩，称纯净光谱色。n曲线两端连线上表示紫光束和
17、红光束混合曲线两端连线上表示紫光束和红光束混合而得到的各种深浅不同的颜色，是而得到的各种深浅不同的颜色，是“非光非光谱谱”的颜色。的颜色。n图内白色点图内白色点W是各种色光按一定比例混合是各种色光按一定比例混合而成的。而成的。n曲线上一点与位于中心曲线上一点与位于中心W的点的连线，表的点的连线，表示该色与白光的混合。示该色与白光的混合。n通过中心白色点的任何直线的两端都是互通过中心白色点的任何直线的两端都是互补色对补色对。n等主波长线：等主波长线：n从中心白点出发作作直线，与曲线的交点从中心白点出发作作直线，与曲线的交点处的波长即为主波长，线段上各点的颜色处的波长即为主波长，线段上各点的颜色色
18、调相同，但饱和度不同，称等主波长线。色调相同，但饱和度不同，称等主波长线。n等饱和度曲线：等饱和度曲线：n频谱轨迹上颜色的饱和度为频谱轨迹上颜色的饱和度为100%，W点点为为0，将所有饱和度相同的点连接起来得，将所有饱和度相同的点连接起来得到一簇等饱和度曲线，与马掌形曲线形状到一簇等饱和度曲线，与马掌形曲线形状类似。其饱和度取决于该点离谱色轨迹的类似。其饱和度取决于该点离谱色轨迹的远近，距离越近，色饱和度越高。远近，距离越近，色饱和度越高。n2、色坐标、色坐标n 三色系数三色系数x,y，z,n x+y+z=1.00n 一个颜色坐标通常只用一个颜色坐标通常只用x,y值标在直角坐标值标在直角坐标上
19、。上。n三角形内的确切颜色决定于色坐标。三角形内的确切颜色决定于色坐标。nz是光束的亮度或发光强度，常以是光束的亮度或发光强度，常以Y表示。表示。n对于相同发光强度对于相同发光强度Y的光束，具有最高的光束，具有最高y值值的光束感觉最亮。的光束感觉最亮。n色度图中绿与黄比蓝与红有较高的发光率色度图中绿与黄比蓝与红有较高的发光率。n3.杠杆定律杠杆定律n相应于闭合曲线内任何一点的颜色相应于闭合曲线内任何一点的颜色,都可都可以由线端的颜色以适当的比例混合而产以由线端的颜色以适当的比例混合而产生出来。生出来。n该比例符合该比例符合“杠杆定律杠杆定律”n颜色颜色A的量的量a与颜色与颜色B的量的量b混合便
20、可产生混合便可产生出颜色出颜色C来，当来，当C离离A较近时，较近时，b的长度短的长度短些，而些，而a的长些。的长些。n颜色感觉与波长不是单值关系，有一定颜色感觉与波长不是单值关系，有一定的色域。的色域。n一种颜色可以由不同的方式组合得到。一种颜色可以由不同的方式组合得到。1.2.3三基色原理三基色原理n1.三基色三基色n人眼的三种光敏细胞分别对三种颜色较人眼的三种光敏细胞分别对三种颜色较敏感，因此可以利用三种颜色作为基色。敏感，因此可以利用三种颜色作为基色。n自然界中绝大多数彩色都能分解成互相自然界中绝大多数彩色都能分解成互相独立的三种基色。独立的三种基色。n三基色的选择方式不是唯一的。三基色
21、的选择方式不是唯一的。2.相加混色与相减混色相加混色与相减混色n相加混色相加混色:彩色彩色光线以相加的方光线以相加的方式混合。式混合。n如图：红如图：红+绿绿=黄黄n 绿绿+蓝蓝=青青n 红红+蓝蓝=紫紫n 红红+绿绿+蓝蓝=白白n利用人眼的视觉特性，可以有三种方式相利用人眼的视觉特性，可以有三种方式相加混色：加混色：n（1）时间混色法：）时间混色法：三色光按一定顺序三色光按一定顺序轮流投射到同一表面；轮流投射到同一表面；n（2）空间混色法：）空间混色法：三色光分别投射到同三色光分别投射到同一表面邻近的三个点上；一表面邻近的三个点上；n（3）生理混色法：两只眼睛分别看两种）生理混色法：两只眼睛
22、分别看两种不同颜色的同一景象，可获得混色效果。不同颜色的同一景象，可获得混色效果。n相加混色法常用于彩色电视、彩色印刷等。相加混色法常用于彩色电视、彩色印刷等。n相减混色：从白光中相减混色：从白光中减去基色的方法。减去基色的方法。n 红红+绿绿+蓝蓝=黑黑 n 青青=绿绿+蓝蓝=白白-红红n 黄黄=红红+绿绿=白白-蓝蓝n 紫紫=红红+蓝蓝=白白-绿绿n相加混色法一般以红、相加混色法一般以红、绿、蓝为三基色绿、蓝为三基色n相减混色法一般以黄、相减混色法一般以黄、紫、青为三基色紫、青为三基色n应用颜料时，避免相减混色的方法之一是应用颜料时，避免相减混色的方法之一是点画法。很小、很密的饱和颜色的点
23、相间点画法。很小、很密的饱和颜色的点相间分布，在足够远的地方看，不能区分一个分布，在足够远的地方看，不能区分一个个点，产生两种颜色相加的效果。个点，产生两种颜色相加的效果。n如：绿点子与紫点子相间产生白色，而不如：绿点子与紫点子相间产生白色，而不是颜料绿与紫混合出现的黑色。是颜料绿与紫混合出现的黑色。n点画法的优点是可以得到更亮的色彩。点画法的优点是可以得到更亮的色彩。n彩色印刷与彩色电视都是用点系统相加的彩色印刷与彩色电视都是用点系统相加的,n注意点子不能重叠，否则产生浑浊的相减注意点子不能重叠，否则产生浑浊的相减颜色。颜色。习习 题题n1.应用色度图从下列物体的应用色度图从下列物体的x,y
24、值中确定值中确定哪一种具有最饱和的颜色哪一种具有最饱和的颜色?哪一种具有最哪一种具有最强的发光强的发光?哪一种发光最弱哪一种发光最弱?n(1)番茄番茄 0.50,0.48 (2)柑橘柑橘 0.38,0.49n(3)莴苣莴苣 0.23,0.18 (4)兰花兰花 0.63,0.30n(5)柠檬柠檬0.54,0.35n2.利用色度图确定包含下列光束的颜色利用色度图确定包含下列光束的颜色:n(1)两份两份620nm与一份与一份490nm;n(2)一份一份620nm与两份与两份490nm;n(3)等份的等份的560nm,520nm与与500nm;n(4)等份的等份的400nm,560nm与与700nm;
25、n3.一块有色玻璃散射掉光束的一块有色玻璃散射掉光束的15%,反射了反射了5%,有有20%转换为热转换为热,25%转换为不同波长的荧光转换为不同波长的荧光,则原来光束中有多少被吸收则原来光束中有多少被吸收?有多少透过这块有多少透过这块玻璃玻璃?n4.在一份在一份620nm橙色光中橙色光中,加入多少加入多少490nm的蓝绿光能产生粉红色的蓝绿光能产生粉红色?n5.计算下列光量子的波长计算下列光量子的波长(nm),眼睛所察眼睛所察觉的颜色觉的颜色:n(1)2.0eV (2)2.5eV (3)3.0eVn(4)1.0eV (5)1.8eVn6.当被阳光照射时当被阳光照射时,某些白色纺织品好象某些白色纺织品好象反射的白色比落在它上面的要多反射的白色比落在它上面的要多,是否违是否违反了能量守恒定律反了能量守恒定律?