教育硕士小论文论颜色之美.docx

教育硕士小论文论颜色之美.docx

《教育硕士小论文论颜色之美.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教育硕士小论文论颜色之美.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

教育硕士小论文论颜色之美

目录

一、颜色的几个基本概念2

二、三原色模型4

三、四原色模型6

四、彩色电视机6

五、对立过程的视觉模型8

六、颜料颜色呈现的光学原理9

七、颜色的混合10

八、辐射度学、光度学和色度学及其之间的关系11

一、颜色的几个基本概念

1.色散

牛顿曾经通过三棱镜证实，白光可以分解成七彩的彩虹-这是“色散”作为实验现象给人最深刻的映像。

“色散”一词，正是由此而来。

2.亮度

亮度是指发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理量。

人眼从一个方向观察光源，在这个方向上的光强与人眼所“见到”的光源面积之比，定义为该光源单位的亮度，即单位投影面积上的发光强度。

其中

是光通量，

是立体角，

为给定方向与单位面积圆ds法线方向的夹角。

亮度的单位是坎德拉/平方米（cd/m2）。

亮度是人对光的强度的感受。

它是一个主观的量。

与亮度不同的，由物理定义的客观的相应的量是光强。

这两个量在一般的日常用语中往往被混淆。

3.色温

通常人眼所见到的光线，是由7种色光的光谱叠加所组成。

但其中有些光线偏蓝，有些则偏红，色温就是专门用来量度和计算光线的颜色成分的方法。

光源发光时会产生一组光谱，用一个纯黑体产生出同样的光谱时所需要达到的某一温度，这个温度就是该光源的色温。

在黑体辐射中，随着温度不同，光的颜色各不相同，黑体呈现由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的渐变过程。

某个光源所发射的光的颜色，看起来与黑体在某一个温度下所发射的光颜色相同时，黑体的这个温度称为该光源的色温。

“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。

例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。

某些放电光源，它发射光的颜色与黑体在各种温度下所发射的光颜色都不完全相同。

所以在这种情况下用“相关色温”的概念。

光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下发射的光的颜色最接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温。

注意，看起来偏“暖”的色温低，而不是色温高。

这是因为，色温的定义来自对炼钢炉的观察，钢水的温度低的时候，我们发现钢水发的光偏红，反之偏蓝。

而颜色的“冷”“暖”则来自你的感觉。

标准白光源就是用色温来区分的

五种标准白光源分别是：

1）标准光源A色温2856K的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄。

2）标准光源BA光源加一组特定的戴维斯-吉伯逊液体滤光器（B型D-G液体滤光器），以产生相关色温4874K的辐射，光色相当于中午日光。

3）标准光源CA光源加另一组特定的戴维斯-吉伯逊液体滤光器（C型D-G液体滤光器），以产生相关色温6774K的辐射，光色相当于有云的天空光。

4）标准光源D即模拟典型日光的标准照明体D65，目前CIE还没有推荐相应的标准光源。

现在研制的三种模拟D65人造光源分别为：

带滤光器的高压氙弧灯、带滤光器的白炽灯和荧光灯，色温大约为6504K。

5）标准光源E代表标准照光源D65以外的其它日光

4.色调

色调是指物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的，不同波长产生不同颜色的感觉，色调是颜色的重要的特征，它决定了颜色本质的根本特征。

色调在冷暖方面分为暖色调与冷色调：

红色、橙色、黄色为暖色调，象征着：

太阳、火焰。

蓝色为冷色调，象征着：

森林、大海、蓝天。

黑色、紫色、绿色、白色为中间色调；暖色调的亮度越高，其整体感觉越偏暖，冷色调的亮度越高，其整体感觉越偏冷。

冷暖色调也只是相对而言，譬如说，红色系当中，大红与玫红在一起的时候，大红就是暖色，而玫红就被看作是冷色，又如，玫红与紫罗蓝同时出现时，玫红就是暖色。

4.饱和度

饱和度指色彩的纯洁性，也称色彩的纯度，各种单色光是最饱和的色彩，饱和度取决于该颜色中含色成分和消色成分（灰色）的比例。

含色成分越大，饱和度越大；消色成分越大，饱和度越小。

二、三原色模型

所谓三原色模型，是认为人眼里有三种感光细胞，分别对红色、绿色和蓝色最敏感。

人眼之所以看到各种颜色的光，主要是这三种细胞感觉综合的结果，而红绿蓝三色被称为三原色。

生理学家已经发现，人眼里面其实有四种可以感受可见光的细胞，在可见光的波长范围内，这四种细胞的每一种几乎都有感应。

其中有一种细胞形状为柱状，所以称为柱状细胞，对波长为498nm的黄与绿之间的光最为敏感。

这种细胞主要工作在光线比较暗的情况下，形成暗视觉。

光线比较暗的时候，我们只能感受明暗，而不能感受到五颜六色。

我们看到的都是黑白图像。

而另三种能感受颜色的细胞，其形状是锥状的，所以称为锥状细胞。

它们要在光线充足的情况下，才能正常的工作，所以我们要看见“色”，必须要有足够的光线。

现在我们知道，每一种细胞最敏感的波长并不同，对绿色最敏感的细胞，称为绿视锥细胞，对534nm波长的绿色光波最敏感；蓝视锥细胞，则是对420nm的紫光最敏感。

红色视锥细胞则对564nm的黄光最敏感。

如下图所示：

这里要避免出现这样的误解，即以为某种锥细胞对某种波长的光有反应，则对别的波长的光就没有反应，红视锥细胞只对红色波段的光有反应，绿和蓝的视锥细胞也只对绿和蓝的光有反应。

实际上，不管是单色的某种波长的光进入人的眼睛还是各种波长的光以不同的强度混合进入眼睛，三种锥状细胞都同时反应，只是它们感受到某刺激后反应的强弱不同，就会组合成不同的对颜色的感受，而这三种感受值，被称为“三刺激值”。

在计算机的画图程序调色板中，有红（R）、绿（G）、蓝（B）三个表示光强弱的数据块，能在0—255范围内变化，在颜色/纯色板中，可以观察到这三种颜色的光混合后的颜色。

具体操作如下：

开始→程序→附件→画图→颜色→编辑颜色→自定义颜色，调节红、绿、蓝三种颜色的强度，即可在颜色/纯色板中配出我们想要的颜色。

三原色的模型有一个细小的麻烦，根据W.DavidWright和JohnGuild1920年创立的一种特别的配色实验，非常容易发现某些颜色通过红绿蓝配色配不出来，因此他们不得不在三刺激值中，针对红色，引入负值。

三、四原色模型

我们知道，色盲和色弱的出现者分为三类：

红绿色盲、蓝黄色盲、全色盲（既不能感受红绿、也不能感受蓝黄，只有黑、灰、白的感受），这个现象很难用三原色模型来解释，毕竟没有专门的红色盲、绿色盲和蓝色盲，而用Hering的四原色理论则很容易解释。

与当时的主流理论不同，在1878年，德国生理学家EwaldHering提出了四原色理论，这四种原色是红、绿、蓝、黄。

实际上，Hering最初提出的理论是“六原色”。

他假定三种感光细胞分别感应“黑—白”颜色对、“红—绿”颜色对和“黄—蓝”颜色对，每个色对中的两种颜色被称为对立色。

三种感光细胞的工作原理都是一样，比如对于红色，专门感受“红-绿”的细胞将做出“异化”反应，可以认为是细胞受到一个负向的刺激作用；而对于绿色，这种细胞将做出正向的反应，称为”同化“反应。

稍加分析，“黑白”对就被放弃了，因为白光是一种复合光，而黑光则是明显没有足够光照，不放弃将导致假设很复杂，这既不需要也难以接受。

而最终，红绿蓝黄四种颜色的假说则被保留下来，因为它可以很容易地解释色盲现象，这就是所谓的四原色模型。

现在我们接受的模型，是三原色和四原色理论的结合：

既能解释人眼内有三种感受颜色的锥状细胞这一事实，也能解释色盲的问题。

四、彩色电视机

颜色是由亮度和色度共同表示的，而色度则是不包括亮度在内的颜色的性质，它反映的是颜色的色调和饱和度。

黑白电视显示黑白图像，跟人类的暗视觉一致，只有亮度而无色彩。

出现黑白电视以后，其电视信号是只需传输关于黑白图像的亮度信号的。

彩色电视机显示彩色图像，既有亮度又有色彩。

现在黑白电视已经被淘汰了，曾经黑白电视与彩色电视共存的时期，会遇到这样一个问题：

黑白电视与彩色电视兼容的问题。

虽然我们可以以三种原色为基础来制定彩色电视信号的方案，但是这将意味着彩色电视的信号传送方案和黑白电视的信号方案完全不同。

我们当然得为黑白电视设黑白电视电视台，再专门为彩色电视设电视台。

但是，如果两种信号方案完全不一样，则彩色电视台发出的信号，有黑白电视机的用户就是收到了，也看不成电视；反之，有彩色电视机的朋友也别想再看原来的黑白电视节目了。

这就是电视信号的不兼容。

因此，我们得想一个办法，让彩色电视和黑白电视信号兼容。

这样，可以让看黑白电视的朋友可以看彩色电视的节目，虽然他只能看到黑白图像；又可以让有彩色电视的朋友看黑白电视台的节目，虽然他只能委屈地看看黑白图像。

1938年，法国工程师 GeorgesValensi为彩色电视编制了一套传送色彩信号的方案，使得黑白电视和彩色电视的信号可以兼容。

GeorgesValensi的办法，是通过构成某种颜色的三种原色成份多少的三个信号值R（红色成份）、G（绿色成分）和B（蓝色成份），算出一个量，叫做亮度（luminance），定为Y，其计算公式如下：

 Y=C1R+C2G+C3B     其中C1、C2、C3为常数（3-1）

这个Y值既然是亮度，就还是按原来的黑白电视信号一样发射出去，那么以前看到黑白电视的朋友依然可以依据这个信号解算出黑白的图像。

而剩下的颜色信号如何表示呢？

Valensi就构造了一个量，称为色度，它由两个分量构成，分别是 

U=R−Y=C4R−C2G−C3B   其中C1、C2、C3为常数    （3-2）

  V=B−Y=−C1R−C2G+C5B  其中C1、C2、C3为常数       （3-3）

然后信号U和V采用一种特殊方式叠加到原来的黑白电视信号上。

这个色度信号，黑白电视会自然将它过滤掉，不会影响其工作；而彩色电视将根据这个信号解算出色彩。

而彩色电视收到黑白电视的电视台来的信号时，依然可以工作，只是没有色度信号，只好看黑白图像。

这跟人在昏暗的情况下只能看到黑白的世界的道理非常一致，即色度信号消失了。

注意公式（3-2）和（3-3），关于颜色，在电视系统中，我们传送的不是三原色的成份幅度值，而是R,G和B的叠加值。

五、对立过程的视觉模型

1957年，DorotheaJameson和她的丈夫Hurvich，通过一组关于“对立过程”的实验，建立了我们现在广泛接受的视觉模型，如下图：

可见光进入眼睛，照射到视网膜上，三种锥状细胞（S、M和L锥状细胞（conecell），表示光波波长较短、中等和较长）和柱状细胞（RodCell）感光以后，其感受的信号，被送入神经细胞（Neurons）进行组合计算。

如上图所示，这个组合包括了红与绿的组合（R-G），蓝与黄的组合（Y-B），而亮度A由四种感光细胞共同组合而成。

这里的红与绿已经不是简简单单认为是L和M的简单对减，同样黄色Y（黄色是L和M共同作用的结果）和蓝色B也有较复杂的组合模式，视知觉是这些组合传导进入大脑处理的结果。

我们可以留意到，这和彩色电视机的原理是何其相似！

这个模型已经获得了生理学的证据的支持，也解释了一系列我们前面的疑问：

（a）为什么有三种感受颜色的细胞，却只有红-绿和黄-蓝色盲：

注意在两个神经通道上，分别成对出现了红-绿对，黄-蓝对。

（b）为什么三刺激值中，红色刺激值可以为负值：

这是组合运算的结果的呈现，而不是三种感受颜色的细胞的感受情况的直接表述。

（c）为什么“红”感光细胞和“蓝”感光细胞不是正对红色和蓝色：

因为所谓三原色的视觉理论，只是一个模型，我们是以此模型构造的理论，并将之作为实验的预设前提，而不是以细胞感光的生物学证据作为模型前提，实际上，三原色有很多不同的取法。

六、颜料颜色呈现的光学原理

假定太阳光照在没有色彩的纸上，那么白光中包含的所有波长成份就会均匀地反射回来，这个时候我们用眼睛去看，就会得到白色的感觉。

如果纸面的反射率相当高，我们就会觉得纸相当白；反射率中等，纸看起来是灰色的；反射率低，纸看起来就是黑色的了。

而如果我们去看某种颜料时，由于白光中某些波长成份被反射得厉害些，另一些波长被吸收得厉害些，所以最后，颜料就由那些反色厉害的波长的光的成份合成了不是黑白灰的某种彩色的光。

显然，对于某种颜料，它可能对某些波长成份吸收得厉害些，但是总体而言，它可

图a

能对光有极强的反射，所以给人整个感觉就亮；反之，如果反射弱而吸收强，其给人的感觉则偏暗。

另外，如果从颜料返射的光波成份里，按比例的白光的成份多，则显得这颜色不纯，反之则显得颜色就好。

关于彩色种类的度量、明暗的度量和颜色纯度的度量，有很多不同的定义，但是对于颜料这类靠反射光而显出颜色的物质，一般会选用孟塞尔色度体系；相应地，我们选用三个量：

色调或者色相（Hue）、明度（value）或亮度和色度（chroma）或饱和度来表示一个颜色。

以色相、明度和色度建立柱坐标来表示一个三维空间，这个空间称为色空间（ColorSpace）。

以此理论为基础将各种类别颜色排列起来的一个体系，有很多种，而由孟赛尔在1900年代完成的孟赛尔色度体系（Munsellcolorsystem），在当时是一个最严格、最丰富和最均匀的体系，现在我们广泛使用的一种计算机图形系统平台DirectX，就是依靠此色度体系而设计。

图a是孟赛尔的色轮的展示，其左上角表明了柱坐标的三个坐标及坐标的方向；

七、颜色的混合

问题：

为什么调色的颜料越多，调出的颜色越暗；而用来配光的各种颜色光越多，光就越亮？

1.减色法

将两种颜料混合变成了新的颜色的过程，我们现在已经可以在光学上给出解释。

一种颜料只反射一种彩色光的光谱，而两种颜料混合，则改变了反射的光谱成份的分布，同时减少了反射的光的总体强度。

因此，颜料混合一方面改变了色相，出现了新的颜色；另一方面又降低了明度。

所以混合的颜色越多，整个颜色越是暗淡，看起来灰扑扑的。

这样的调色过程叫做减色法。

减色法（subtractiveprocess），是指按黄、品红、青三原色料（如颜料、油墨）减色混合原理成色的方法。

当以上三种颜色（颜料.染料）等量混合后将会得到黑色。

当两种颜料混合物的颜色按恰当比例调出来变成了灰色或者黑色时，我们说这两种颜色是互补的，称互补色。

比如绿和品红、红和青、蓝和黄。

如上图所示：

C青、M品红、Y黄。

2．加色法

而将不同颜色的光投到屏幕上，那么这些光彼此叠加，能量加强，所以会越调越亮。

这种调色方法称为加色法。

所谓加色法，就是用红、绿、蓝三原色光按不同比例相加而取得其他色彩的一种方法。

如右图所示：

R红、G绿、B蓝。

混合后产生白色光的两种光的颜色，我们把它们称为互补色，如黄与蓝、品红与绿、青与红。

通过上述讨论我们发现，颜料的三原色与色光的三原色正好是一一配对，是三对互补色。

红

黑白灰

青

绿

品红

蓝

黄

八、辐射度学、光度学和色度学及其之间的关系

辐射度学，仅定量讨论光源辐射光的能量或者功率的问题。

光度学，进一步，定量讨论人眼对不同波长光感觉强弱的问题。

色度学，再进一步，定量讨论不同波长光的组份进入人眼后，人类对色的感受。

三者之关系，可以形象地说明如下图：

视见函数

表示人眼对不同波长光的敏感程度的函数叫视见函数（Luminosityfunction），见右图。

人眼对绿色到黄色波段光最敏感，有点能量就能感受到；而到红、紫两头的波段感受就逐渐弱了-这也是为什么战场上的致盲武器选用绿色激光的原因。

而且在弱光和强光下，人眼的最敏感波段有变化：

弱光里，人处于暗视觉，主要靠柱状细胞感光，只看见黑白图像，其最敏感区域在绿波段；而光线充足的情况下，人眼处于明视觉，三种感色的锥状细胞都参与工作，整体对光强的感受就会往黄波段（长波方向）移动。