I(θ,ψ)=I0cosθ (2.7)
这时,发光强度分布遵守余弦定律,光源亮度L与方向无关,是一常数L0,满
足(2.6)式的光源称为余弦辐射体。
亮度的单位用坎德拉平方米(cd/m2)。 4.面发光度
面发光度Mv又称为光出射度,是指光源上每单位面积向半个空间发出的光通量。
Mv?dφ/dS (2.8)
如光源表面发光均匀,上式应为Mv=φ/S,面发光强度单位为lm/m2。 5.照度
一定数量的光通量达到一个接收面时,我们说,这个面被照明了。照明程度的大小可用照度E来表示。E被定义为单位面积的光通量,用下式表示:
E?dφ/dS (2.9)
若被照物体表明光通量均匀,上式即为φ/S,E有时也叫光照度。照度的单位是勒克斯(lx),1 lx表示1m2的被照表面上均匀分布有1 lm的光通量。
2.6彩色光的三色原理
光经过物体反射或透射后刺激人眼,人眼便产生了该物体的光亮度与颜色的感觉信息。最早认识色觉的是牛顿,正是他首先确认颜色并不是客观世界的属性而是一种主观感觉。1802年,英国物理学家杨格提出,在视网膜中,可能存在三种分别对红、绿、蓝敏感的感光细胞,这三种细胞感受的混合光刺激,即产生各种颜色感觉,赫姆霍兹完善了这种观点,发展成三色理论。色觉的进一步研究发现了对红、绿、蓝敏感的视觉细胞,从而证实了上述理论。
在介绍彩色光的三色原理之前,我们先介绍一下彩色光的三种基本参量: (1)明度
刺激物的强度作用于眼睛所产生的效应,此效应的大小是物体反射系数决定的,反射系数越大,则物体的明度越大,反之则越小。明度是人眼直接感受到的明亮程度。 (2)色调
它反映颜色的类别,如红、绿、蓝,即指色调,不同波长的可见光呈现的颜色不一样,人眼对不同波长的光的灵敏度也不相同,色调决定颜色本质的基本特征。
(3)色饱和度
一种颜色鲜明程度,它指彩色光呈现彩色的深浅程度(或浓度),用一种色调光,色饱和度越高说明它颜色越浓。饱和度是颜色纯度的人眼主观评价,色纯度高的颜色,看起来饱和度也高,光谱色的色饱和度是100%,而白光中没有哪一种色调特别突出,色纯度最低,为零,色纯度和色饱和度之间虽有密切的对应关系,但都是主观对客观的复杂反应,不能直接等同。
色调和色饱和度统称为色度,它既说明彩色光的颜色,又说明颜色的深浅。 因此,人们在观看彩色时,除了亮度外,还多了两种感觉,即色调和色饱和度,因此彩色视觉有更丰富的层次感觉,色调与色饱和度是色度的两个方面,两
者也要达到一定差别才能被感知,亮度给人以光强大小与光强弱的感觉,而色调与色饱和度则产生一种性质差异的感觉。
三基色原理认为:适当选择三种基色(如红、绿、蓝),将他们按不同比例进行合成,就可以引起不同的彩色感觉,合成彩色光的亮度由三个基色的亮度之和决定,色度由三基色分量的比例确定,三种基色彼此独立,任一基色不能用其他两种基色配出。
人眼的视网膜对红、绿、蓝三色光具有较大的灵敏度,其三色光响应曲线如图2.5,曲线表明:人眼对红、绿、蓝敏感的三种视细胞视敏捷函数曲线各不相同,三曲线相互交叠,某一波长的光同时处在两、三条曲线之下,即某一波长的光可同时刺激人眼的两种或三种光敏细胞,而大脑产生的颜色感觉为几种刺激之和。
设实际景物的功率频谱特征为W(λ),人眼对景物的三基色感觉分别为
FFFR?680?W(λ)K(λ)dλ(lm) Rλ?680?W(λ)KG(λ)dλ(lm)
λ?680?W(λ)K(λ)dλ(lm) BλGB 景物产生的颜色与亮度感觉是三者之和
F=FR+FG+FB
FR、FG、FB三者的比例决定了总的色度感觉,三者之总光通量决定了总的
亮度感觉。因此,如有两组光谱成分不同的光,只要人眼对它们的综合感觉相同,则主观彩色感觉(包括亮度和色度)就相同,即相同的彩色感觉既可源于某单色光的刺激,也可由不同光谱成份组合的光产生,实验证明,自然界几乎所有彩色都可以用三基色,或称为三原色配成。
三色原理对彩色电视广播有重要意义,它简化了彩色图像的传播,为达到传送五颜六色、变化万千的彩色图像的目的,我们只须传送三种基色信号就行了。 国际照明协会CIE综合了已惊醒的实验结果,规定以下三种波长为三基色红(R)、绿(G)、蓝(B)的标称波长
(R) λ=700.0nm (G) λ=546.1nm (B) λ=435.8nm
700nm为可见光谱的红色末端,546.1nm和435.8是汞的两条较为明显的亮谱线,三者都能比较容易地精确产生。
2.7颜色的基本特征及颜色混合 2.71颜色的基本特性
颜色分两大类:非彩色和彩色。非彩色是指黑色、白色和在这两者之间深浅不同的灰色。他们可排成一个系列,由白色渐渐到浅灰、中灰、深灰直到黑色,这叫作黑白系列或无色系列。灰色是不饱和色,黑白系列的非彩色的反射率代表物体的亮度,反射率越高时,接近白色,反射率越低时接近黑色。一张洁白的纸反射率可达85%以上,用来测量颜色定标用的标准白板的反射率可大于90%,一张黑纸的反射率可以低至5%以下,黑色天鹅绒的反射率可以低至0.05%。
彩色系列或有色系列是指除了黑白以外的各种颜色。若要确切说清楚某一种颜色,就必须考虑到颜色的三个基本特性。即色调、饱和度和明度。这三者在视角中组成一个统一的总后果。 2.7.2加法混色 (1)同时加色法
每一种波长都产生一定色调,但每一个色调并不只是和一种特定的波长有联系。如从波长520nm的纯光中可以得到绿色的光,同样也可从510nm到530nm的光线混合中得到绿色光。
对于光谱中的每一种色光,都可以找出另一种按一定比例与它混合得到一种白色的色光,这一对色光称为补色,如红色与青色;绿色与紫色,蓝色与黄色都是互补色。
光谱中色光混合是一种加色法,实验证明,全部色光都可由红、绿、蓝、三基色以适当比例混合得到。加色法的结果可用下面简单式子表示。
红色+绿色=黄色 红色+蓝色+紫色 蓝色+绿色=青色
红色+蓝色+绿色=白色 (2)继时加色法
将两种以上的颜色,并以40~50的交替频率作用于视网膜,就形成混色刺激状态。这种混色称为继时混色,也叫时间混色。 (3)空间加色法
红绿蓝三个发光点,当它们互相靠得很近,近到人眼不能分辨时,这三个发光点便在人眼中产生混色效应。
彩色电视呈现的颜色就是空间加色法的应用例子。
一般人眼距离显象管不到3m处,看到的画面就完全是混色的。 2.7.3减色混色
色光混合是一种加色法,但日常生活中颜料油漆等按不同颜色比例混合得出的颜色与上述所用的色光混合得到的颜色是不一样的。这是固颜料的颜色是颜料吸收了一定波长的光线后所余下的光线的色调。如黄色颜料是是从入射白光中吸收蓝光而反射红光和绿光,所以颜料、油漆等的混合配色是一种减色法。
减色法的三原色是黄、品红、青。它们是相加三原色红、绿、蓝的互补色。彩色电视机主要是用加色混色法,彩色影片的画面是由黄、青、品红三种影片染料按减色法原理构成。
相加混色后颜色的明度是增加的,等于其透射光束明度的总和,而减色法中,混合后得到的颜色的明度是减小的。