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物体颜色呈现
白天我们能看见五彩缤纷的颜色， 但到了晚上所有的物体都变成黑色。 颜色是如何呈现的？
与 哪 些 因 素 相 关？
首先，不同的物体会有不同的颜色，所以颜色肯定与物体本身属性相关。 然后，在不同的光环境下，同一个物体会呈现不同的颜色，如下面的苹果， 在灯光下和日光
最后，不同的人看同一个物体，也会有不一样的感受，所以颜色的呈现还与人眼相关。 由此可得，物体的颜色呈现与物体本身的属性、光源、人眼三个因素相关。如下图所示，光 源照射在苹果上，人眼感受到苹果的颜色
、
光
源
科学上的定义，光是指所有的电磁波谱，
按波长从大到小可分为无线电波、
红外线、
可见光、
紫外线、X射线、丫射线，如图1所示。
一般人的眼睛所能接受的光的波长在
380
〜760nm
之
间
。
图 1 电 磁 波 谱
太阳是人类最大的光源，太阳聚变辐射光谱的 99%〜，太阳
碎 卜沁-訐* I
・ ・ ■ ・ ■ ■ ・
光谱分布如图2所示。这些波段受大气衰减的影响程度各不相同。 可见光辐射的大部分可到
小得多，可见光谱区约为40% ,红外光谱区约为60% ,紫外光含量极少。
图
不同的光源光谱分布不同，如白炽灯、蓝光、红光等不同的光源各个波长的成分含量不同。
白 炽
蓝
光
红 光 光 谱
二、 物 体 本 身 属 性
当光照射在物体上时，光会发生透射、反射、散射。当光照射到透明物体时，大部分的光穿
透物体，反射和散射的光线只有小部分。当光照射都非透明物体时，光大部分被反射和散射， 几乎没有光透过物体。不同的物体对各个波长的透过率、 反射率、折射率等属性各不同，所
以呈现出不同的颜色。 透明物体的颜色由透过物体的光决定， 而非透明物体的颜色由反射和
散 射 的 光 决 定 。
比如蔚蓝的天空，是由于阳光进入大气时，波长较长的色光，如红光，透过大气射向地面； 而波长短的紫、蓝、青色光，碰到大气分子、冰晶、水滴等时，发生散射现象。被散射了的 紫、蓝、青色光布满天空，就使天空呈现出一片蔚蓝了。 当雨后天空中充满细小的水滴， 当阳光照射到这些小水滴时，不同波长的光以不同的角度散
射 到 天 空 中， 形 成 了 彩 虹。
三、 人 眼
眼是由角膜、虹膜、晶状体、睫状体和玻璃体组成的光学系统，眼球结构如图所示。带有盲
点和黄斑的视网膜是感光和信号处理部分， 是构成人眼视觉的关键部分；视神经与大脑是信
号传输和显示系统。由于波长小于 300nm和波长大于1400nm的光可被角膜、前房、晶状
体、玻璃体等吸收，光辐射能到达视网膜的波长范围是300〜1400nm。
图 5 眼 睛 结 构
外界物体反射来的光线，依次经过角膜、瞳孔、晶状体和玻璃体，并经过晶状体等的折射， 最终落在视网膜上， 形成一个物像。视网膜上有对光线敏感的细胞。 这些细胞将图像信息通
6所示。
过视神经传给大脑的一定区域，人就产生了视觉。视觉的形成过程可表示为图
图6视觉形成
CIE色空间发展史
各 色 空 间 优 缺 点 分 析
色知觉差异的定量表示是从明度、 色调和彩度这三种颜色属性的差异来表示。 明度差表示深
浅的差异，色调差表示色相的差异（即偏红或偏蓝等），彩度差表示鲜艳度的差异。色差评 定在工业和商业中非常重要，主要应用于生产中的配色和产品的颜色质量控制。 1931年，CIE （国际标准照明委员会）建立了一系列表示可见光谱的颜色空间标准。由于任 何颜色都可以由 RGB三原色混合而成，定义了 CIE-RGB基色系统。但这一系统存在一个明
显的缺点，计算颜色三刺激值时会出现负值， 给大量的计算带来不便。由于任何一种基色系
统都可以从一种系统转换到另一种系统， 因此人们可以选择任何一种想要的基色系统， 以避
免出现负值，并且使用方便。基于此 CIE又推荐了 CIE-XYZ系统，这个系统采用想象的 X，
Y 和 Z 三种基色，它们与可见颜色不相应。 CIE-XYZ的三基色刺激值 X，Y和Z对定义颜色很有用，其缺点是使用比较复杂，而且不直 观。对于一种给定的颜色，如果增加它的明度，每一种基色的光通量也需按比例增加， 而且
色度值仅与波长（色调）和纯度有关，与总辐射能量无关，因此在计算颜色的色度时，把 X,Y
和Z值相对于总的辐射能量=（X+Y+Z）进行规格化，配色方程可规格化为 x+y+z=1 。根据
颜色坐标（x,y）可确定z,但不能仅从x和y导出三种基色刺激值 X, Y和 乙 还需要使用携 带亮度信息的 Y值，其值与 XYZ中的Y刺激值一致。从而又定义了 CIE-xyY颜色空间。
图 1