人眼的色彩知識

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2016-09-29

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前面講過了光源、物體色的基本知識，這篇的主題為人眼的色彩知識，家用照明，也就是色彩三要素中的人眼。

視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞

人眼的結(jié)構(gòu)如下，包含角膜、虹膜、瞳孔、晶狀體、玻璃體、視網(wǎng)膜等。視覺正常者眼球中有3種錐體細(xì)胞和1種桿狀細(xì)胞。錐狀細(xì)胞主要位于視網(wǎng)膜（Retina）的中央凹（Fovea），3種錐體（Cone）細(xì)胞分別感應(yīng)短波（藍(lán)）、中波（綠）和長波（紅）部分，對應(yīng)于400nm-700nm可見光譜范圍，道路照明，主要負(fù)責(zé)光亮條件下的顏色和細(xì)節(jié)感知，技術(shù)資訊， led商業(yè)照明，即明視覺（Photopic vision），恒光，口碑，其細(xì)胞個(gè)數(shù)分布比例大致為1:16:32，這也是藍(lán)光人眼感知亮度較低的原因之一；桿狀（Rod）細(xì)胞僅在低亮度條件下感應(yīng)亮度信息，廠房照明，不能分辨顏色和細(xì)節(jié)，商業(yè)照明燈具，故為暗視覺（Scotopic vision）；介于明視覺和暗視覺中間稱為中間視覺（Mesopic vision）是目前研究的熱點(diǎn)，恒光電器，因?yàn)殄F狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞同時(shí)起作用，一般該亮度范圍為0.001-5cd/m2；中間視覺的研究對于路燈設(shè)計(jì)、戶外照明等均具有重要的指導(dǎo)作用。我們色彩工業(yè)中所述的色彩感知和色彩判斷通常指的是明視覺條件下，也就是說主要是三類錐體細(xì)胞起作用。

2002年時(shí)，美國布朗大學(xué)Bersons等人發(fā)現(xiàn)了新的一種感光細(xì)胞，LED筒燈，即為自主感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（ipRGC， intrinsically photosensitiveretinal ganglion cells），但此細(xì)胞不參與色彩視覺。ipRGC可控制褪黑激素（Melanopsin）分泌，從而參與人體晝夜節(jié)律及睡眠質(zhì)量。具體可以參閱本公眾號文章“光亞展之行，說說跟光譜相關(guān)的光源們”。

人眼的結(jié)構(gòu)圖

視網(wǎng)膜上的紅綠藍(lán)三種感光細(xì)胞分布圖

短波（420）、中波（534）、長波（564）錐狀細(xì)胞光譜響應(yīng)曲線和桿狀細(xì)胞（Rod）光譜響應(yīng)曲線

當(dāng)人的某種錐體細(xì)胞感應(yīng)不靈敏或出問題的時(shí)候，即為所謂的色弱或色盲的現(xiàn)象。通過用Ishihara Test色盲測試本進(jìn)行測試。

IshiharaTest 色盲測試圖

正常視覺觀察者

缺少長波錐體細(xì)胞感應(yīng)的視覺觀察者

光譜光視效率表示人眼對不同波長的光的亮度感受特性。由圖可知，明視覺和暗視覺下的光譜光視效率函數(shù)V(λ)和V’(λ)是不同的，明視覺情況下人眼對555nm的黃綠光視最為敏感。目前所有的照度或亮度測量設(shè)備均采用V(λ)用于計(jì)算。需要指出的是， led亮化工程，針對于每一個(gè)人的感光細(xì)胞和光譜光視效率函數(shù)均是不一樣，個(gè)體是有差異的。

明視覺和暗視覺光譜光視效率函數(shù)

除了人類，其他動(dòng)物也有相應(yīng)的感光細(xì)胞，超市照明，且與人類的感光細(xì)胞響應(yīng)曲線不同，LED筒燈，如鯨魚僅有一種感光細(xì)胞、狗貓有兩種感光細(xì)胞、蜜蜂有三種感光細(xì)胞、鳥類有四種感光細(xì)胞、蝦姑居然有12種感光細(xì)胞。

不同動(dòng)物感光細(xì)胞種類

人和蜜蜂感光細(xì)胞光譜響應(yīng)曲線

鳥類和蝦姑感光細(xì)胞光譜響應(yīng)曲線

色適應(yīng)和色彩恒常性

首先看下面色彩科學(xué)中非常經(jīng)典的三幅圖，第一幅是正常的完整的圖；第二幅僅僅在黃色枕頭部分用青色濾光片遮住，明顯感覺黃色枕頭偏色；第三幅圖將整體圖片用青色濾光片遮住，經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)，整體感覺黃色枕頭還是黃色枕頭。類似的，一張白紙從日光下拿到白熾燈下觀看，剛開始感覺白紙偏黃偏紅，過了一段色適應(yīng)后，LED照明工程，白紙感覺還是白紙。上述這些現(xiàn)象就是人眼的色適應(yīng)和色彩恒常性。色彩恒常性為當(dāng)照明條件發(fā)生變化是，雖然整體的色彩感知總會(huì)有些差別，但是人眼視覺系統(tǒng)有一種盡量使感知色的差別趨于最小的傾向。目前，口碑，CIE推出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型精確描述這一過程，即CAT02色適應(yīng)轉(zhuǎn)換和CIECAM02色貌模型，這以后再細(xì)講。色彩恒常性的本質(zhì)與相機(jī)的白平衡一致，白平衡算法本質(zhì)上算是一種色彩補(bǔ)償算法補(bǔ)償相機(jī)無法自動(dòng)適應(yīng)各種場景照明進(jìn)行色彩調(diào)節(jié)的缺陷。

正常的完整的圖