颜色基本原理及色差仪介绍
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目录
一、光
二、人眼颜色假说
三、物体为什么会有颜色
四、颜色空间
五、色差仪的原理介绍
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一、光
1、光与人眼
2、光与颜色
3、光是什么？
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? 光是人类生存不可或缺的要素。
? 据统计研究，人类获取的信息有80%来自于眼睛，眼睛获取外界环
境的信息只能通过光来实现。
颜色
大小
形状
……
一、光——光与人眼
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? 我们人类能区分出各种颜色，一方面是人眼对色彩感知的功能；
? 另一方面则是因为光具有波动性，因此光波就具有波长、频率，不同
波长、频率的光被人眼接受，从而获得不同的颜色感知。
一、光——光与颜色
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? 最早的光学现象、光学原理的描述记载于中国战国时期的《墨经》，
俗称“墨经八条” ；
? 直到1865年，麦克斯韦根据麦克斯韦方程组预言光是电磁波，该预
言在1888年得到证实；
? 现代光学认为光是属于可被人眼感知的电磁波，可见光在电磁波中只
占据了很窄的波段，电磁波波长范围约从0.1nm~1000m，其中只
有波长为380nm~780nm 的可见光被我们人类所感知，并形成色彩
的感觉。
一、光——光是什么？
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目录
一、光
二、人眼颜色假说
三、物体为什么会有颜色
四、颜色空间
五、色差仪的原理介绍
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二、人眼颜色假说
1、扬-赫姆霍兹三原色学说
2、对抗色理论
3、阶段学说
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二、人眼颜色假说——扬-赫姆霍兹三原色学说
? 扬- 赫姆霍兹三原色学说假设人眼视网膜上有三种神经纤维，对应
红、绿、蓝三原色，每种神经纤维的兴奋都引起对应的一种原色的感
觉。光照射到视网膜时，三种神经纤维根据光包含的波长呈现不同的
兴奋，人眼就形成了特定的色彩感觉。
? 经过多年的研究，近20年来，发现人眼视网膜上确实有三种不同类型
的椎体细胞，分别含有不同的视色素，起对应的光谱吸收峰分别是
440nm~450nm 、530nm~540nm 、560nm~570nm 。
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? 又称为四色学说，其假设视网膜中有三对视素：白——黑、红——
绿、黄——蓝。这三对视素有两种对立过程，分别是建设（同化）、
破坏（异化）。
有光：白——黑被破坏，产生白色感觉；
无光：白——黑被建设，产生黑色感觉；
红光：红——绿被破坏，产生红色感觉；
绿光：红——绿被建设，产生绿色感觉；
黄光：黄——蓝被破坏，产生黄色感觉；
蓝光：黄——蓝被建设，产生蓝色感觉。
二、人眼颜色假说——对抗色理论
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? Vos 和Walraren在1971年提出了阶段学说，认为颜色视觉过程可以
分为几个阶段：第一阶段是视网膜上的杆体细胞对亮度产生感应和和
三椎体细胞对红、绿、蓝产生颜色感应；第二阶段是三椎体细胞感应
到的红、绿、蓝颜色中，红、绿的一部分合成黄色，剩下的组成红—
—绿对，合成的黄与蓝组成黄——蓝对；红、绿、蓝组合形成了明暗
视觉。
? 经过以上的过程之后，神经将这些信息传递给大脑，形成了颜色感
觉。
二、人眼颜色假说——阶段学说
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目录
一、光
二、人眼颜色假说
三、物体为什么会有颜色
四、颜色空间
五、色差仪的原理介绍
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三、物体为什么会有颜色
1、物体对颜色的影响
2、光源对颜色的影响
3、标准光源
4、观察者对颜色的影响
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? 当照明光源、观察者不发生
变化时，那么物体将决定观
察者形成的色彩感知，
三、物体为什么会有颜色——物体对颜色的影响
环境不变？
光源不变？
心理因素？
同一个人？
观测颜色三要素
光源 物体 观测者
? 物体之所以能影响最终的色彩感知，是因为物体的反射光谱（透射光
谱）对光源光谱进行了调制，不同的物体有不同的反射光谱（透射光
谱），光源光谱被不同的物体的反射光谱（透射光谱）调制获得不同
的结果，因为观察者不变，所以呈现不同的颜色。
三、物体为什么会有颜色——物体对颜色的影响
? 理想光源
黑体是理想中的光源，又被称为完全辐射体、普朗克辐射体。黑
体是吸收率恒为1 的物体，也就是说，在任何温度下，落在黑体上的
任何波长的辐射将全部被吸收。
三、物体为什么会有颜色——光源对颜色的影响
自然界中不存在
人工制造接近黑体的光源
黑体会随着温度辐射出不同光谱功率，某一时刻的光谱完全由黑体的温度决定 。
? 作为理想光源，黑体被用作其他辐射体的初级标准，并用黑体的温
度——色温来描述光源的发光特性，当某一光源的色品与某一温度下
的黑体色品相同时，该黑体的温度就是该光源的色温。
三、物体为什么会有颜色——光源对颜色的影响
随着色温的增加，短波长的光能
比例逐渐增加；随着色温的下降，长波长
的光能比例逐渐增加；因此，比较笼统的
说，色温高的光源，光源颜色会偏蓝色，
被照射物体颜色会偏蓝色，色温低的光
源，光源颜色会偏红色，被照射物体颜色
也会偏红色。
? 为了能进行准确的颜色交流，CIE
对光源进行了标准化
三、物体为什么会有颜色——标准光源
到目前为止，还没有人造光源被推荐为CIE D65 照明体和其他D照明
体。现在正在研制的模拟D65的人造光源有：带滤光片的高压氙弧
灯、带滤光器的白炽灯、带滤光器的荧光灯三种。其中，带滤光片的
高压氙弧灯的模拟最好。
D65光源
由光源A 加一组特定的戴维斯-吉伯逊液体滤光器，以产生相关色温近
似6800K 的辐射。
C光源
已经被CIE废弃。 B光源
CIE 15:2004推荐分布温度为2856K 的充气钨丝灯。如果要求更准确的实
现标准照明体的紫外辐射的相对光谱功率分布，推荐使用熔融石英壳
或带石英窗口的玻璃壳的灯。
A光源
描述 标准光源
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? 心理过程，难以量化，只能做统计性的处理；
? 为了实现准确的颜色交流，使用仪器代替人作为观察者。
三、物体为什么会有颜色——观察者对颜色的影响
内部提供稳定光源
隔绝外部环境影响
模拟人眼功能
不受心理因素影响
提供自然真实数据
目录
一、光
二、人眼颜色假说
三、物体为什么会有颜色
四、颜色空间
五、色差仪的原理介绍
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四、颜色空间
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? 颜色需要用三个参数来表示，
这三个参数构成了三维空间，
国际照明委员会在1931年确
立了CIE 1931 XYZ 标准，这
是第一个用数学方式定义的色
彩空间。
? 空间都是近似理想的色空间，
存在不足之处，需要继续改
进。
? 目前的空间都是近似理想的色
空间，存在不足之处，需要继
续改进。
四、颜色空间
目录
一、光
二、人眼颜色假说
三、物体为什么会有颜色
四、颜色空间
五、色差仪的原理介绍
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五、色差仪的原理介绍
1、光学结构
2、测量原理
3、基本的数学过程
4、应用范围及应用方法
5、现状及发展趋势
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? 色差仪大多采用了8/d 照明方式的光学结构，包括了光源、进入积分
球前的光路、积分球、感应器。其他照明方式的光学结构也与此相差
不大。
五、色差仪的原理介绍——光学结构
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抽象为数学模型 反射率曲线是物
体本身所固有的
五、色差仪的原理介绍——测量原理
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五、色差仪的原理介绍——基本的数学过程
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? 色差仪是集色度学、现代光电子学、计算机科学于一体的高科技产
品，用途相当广泛，主要有以下的的几个应用：
1、产品颜色质量控制
2、辅助油漆、喷涂、油墨等的配色
3、颜色传递
五、色差仪的原理介绍——应用范围及应用方法
? 目前，色差仪在对产品颜色质量要求比较严格的行业已经得到广泛的应用，
如塑胶、陶瓷、纺织、油漆、喷涂、印刷等等，也可用于与颜色相关的检
测，如食品安全、药品安全等等。
? 国外的厂家有日本的美能达公司、美国的X-Rite公司和德国的BYK 公司。
? 国内的经过近十年来了追赶，也出现了类似三恩驰（3nh）这样生产出稳定
性好、测量精度高、操作简单、使用方便的色差仪的厂家。
? 目前色差仪发展趋势有以下几个方面：
五、色差仪的原理介绍——现状及发展趋势
智能化
准确高速
多种色空间的转换
PC电脑扩展色差仪的功能
测量稳定
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谢谢
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