计算机图形学第14章颜色.ppt

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1、第14章颜色本章内容解释颜色与电磁波之间的关系，说明与颜色有关的物理特性；从人对颜色的感觉出发，讲解人眼所能感知的全部颜色所构成的颜色空间的概念和颜色的表达。各种颜色空间的应用背景以及它们之间的相互转换。第14章颜色14.1颜色特性影响颜色的要素颜色是人的视觉系统对所接受到的光信号产生的一种感觉,不同波长的光信号带给人不同的颜色感受。所以，影响颜色的三个要素是：（1）光（2）物体（3）观察者影响颜色的三个要素光具有各种颜色的光是电磁频谱中狭窄的频谱波段，称为可见光。在电磁频谱中还有其它一些频谱波段，如无线电波、微波、红外线和X射线等，这些光是不可见的。频谱波段的粗略分布如图14.1所示。图

2、14.1电磁频谱102104106108101010121014101610181020abcdfga.调幅无线电b.调幅无线电和电视d.红外线f.紫外线c.微波e.可见光g.X－射线e光可见光波段中每一频率对应一种单独的颜色,其低频率端是红色，高频率端是紫色。从低频到高频的光谱颜色变化分别是红，橙，黄，绿，蓝，青和紫。光我们可用光的波长(λ)或频率（f）来表示各种颜色。可见光部分的波长范围大约是350nm～780nm。日常生活中的光源，往往由多种颜色的光混合而成，一般用光谱能量分布来描述。光除频率和波长以外，描述光的各种性质还需要其它一些特征。其中一组特征便是亮度(luminance)和

3、明度（Brightness）。物体表面的亮度与其周围环境的亮度无关。表面的明度即人眼感知到的亮度与其周围环境的亮度相关。光具有恒定亮度的物体，当将其置于不同环境时，它的明度不同。光根据Webe定律，对于明度与亮度分别为C和Y的物体，当它与其所属环境的明度差dC为常数时，也为常数，其中dY是物体与周围环境的亮度差。则存在常数α>0,使对上式两端积分，得到C与Y的关系式：B为某一常数。这说明，物体的明度与其亮度的对数（而非亮度）成比例。光光的另外一个特征就是光的纯度（Purity）或叫饱和度(Saturation)。纯度说明光的颜色表现得多纯。淡的颜色说明不太纯。光物体的颜色是由照射光的颜色和

4、物体表面的反射特性决定的。物体表面反射光的光谱能量分布可写成：物体表面对各种波长光的反射率光的光谱能量分布照射到物体表面的光被反射、折射或吸收以上介绍了光本身的三种特征：波长，亮度和纯度，它们都是光（或说是颜色）的物理特性。而另一方面，颜色又显然与人的视觉系统有关。观察者颜色是主观的，依赖于观察者的。光效率函数：它表示人眼感受各种波长的光的敏感度。反映了不同波长的光刺激人眼产生亮度的效率。眼睛的结构和功能角膜巩膜脉络膜-减少光反射虹膜—控制光的量视网膜视觉细胞--接收光杆状体锥状体水平细胞神经结细胞等晶状体-吸收光。观察者杆状体---夜视觉比锥状体灵敏度高，在暗的光线下就能起作用，没有辨别

5、颜色能力锥状体—白昼视觉只有在光线明亮的情况下才起作用，具有辨别光波波长的能力，因此对颜色十分敏感分为3种：一种：对光波段中央敏感，产生绿色感另两种：对光波段两端敏感，产生红色和蓝色对绿色最敏感、红色次之、蓝色最弱所以常作为三基色因此看到的物体白天有色彩，夜里看不到色彩在明亮条件下，人的眼睛最敏感的光的波长约为555nm。在暗视觉条件下，人眼对波长为510nm蓝绿色的光最敏感。光效率函数波长在λ附近的光所需的辐射通量为，则其光效率函数定义为：光谱光效率函数提供了根据眼睛敏感度来校正的光能的度量。若已知光效率函数V(λ),任一光谱分布为F(λ)的光的亮度为:式中，F为光的光谱分布，Y为光的光

6、亮度，λ为光的波长(nm)在视觉场中，有许多心理因素会影响视觉系统对当前景物颜色的主观评判。这些因素可分为以下三种：(1)色彩对比效应(2)明度对比效应(3)颜色适应效应第14章颜色14.2标准基色和色彩图基色两种不同颜色的光源在合适的强度组合下可以生成另一种颜色。适当选择两种或多种初始颜色混合时的比例，可以获得一定范围的颜色，这就是用颜色模型指定颜色的方法。在颜色模型中，用来生成其它颜色的两种或三种颜色称为基色（primitivecolor）。国际照明委员会（简称CIE）在1931年定义了三种标准基色，这三种基色是想象的颜色，它们在理论上可以显示各种波长的光（即颜色）。通常把CIE规定的

7、一组基色称为XYZ颜色模型14.2.1XYZ颜色模型任何一种颜色C可以表示成：其中X，Y，Z指出为匹配C所需的标准基色的量。对上式进行规范化：这里x+y+z=1。XYZ颜色模型进行规范化后，参数x和y称为色度值，因为它们仅依赖于色彩和纯度。关于一种颜色的完整描述一般需要使用三个值，x,y和Y。其余两个CIE量可如下得到其中,z=1-x-y。这样我们就可以用色度坐标(x,y)在二维图形中表示所有颜色。XYZ颜色模型1931