人眼的色彩知识

文章来源:恒光电器

发布时间:2016-09-29

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前面讲过了光源、物体色的基本知识，这篇的主题为人眼的色彩知识，家用照明，也就是色彩三要素中的人眼。

视网膜上的感光细胞

人眼的结构如下，包含角膜、虹膜、瞳孔、晶状体、玻璃体、视网膜等。视觉正常者眼球中有3种锥体细胞和1种杆状细胞。锥状细胞主要位于视网膜（Retina）的中央凹（Fovea），3种锥体（Cone）细胞分别感应短波（蓝）、中波（绿）和长波（红）部分，对应于400nm-700nm可见光谱范围，道路照明，主要负责光亮条件下的颜色和细节感知，技术资讯， led商业照明，即明视觉（Photopic vision），恒光，口碑，其细胞个数分布比例大致为1:16:32，这也是蓝光人眼感知亮度较低的原因之一；杆状（Rod）细胞仅在低亮度条件下感应亮度信息，厂房照明，不能分辨颜色和细节，商业照明灯具，故为暗视觉（Scotopic vision）；介于明视觉和暗视觉中间称为中间视觉（Mesopic vision）是目前研究的热点，恒光电器，因为锥状细胞和杆状细胞同时起作用，一般该亮度范围为0.001-5cd/m2；中间视觉的研究对于路灯设计、户外照明等均具有重要的指导作用。我们色彩工业中所述的色彩感知和色彩判断通常指的是明视觉条件下，也就是说主要是三类锥体细胞起作用。

2002年时，美国布朗大学Bersons等人发现了新的一种感光细胞，LED筒灯，即为自主感光神经节细胞（ipRGC， intrinsically photosensitiveretinal ganglion cells），但此细胞不参与色彩视觉。ipRGC可控制褪黑激素（Melanopsin）分泌，从而参与人体昼夜节律及睡眠质量。具体可以参阅本公众号文章“光亚展之行，说说跟光谱相关的光源们”。

人眼的结构图

视网膜上的红绿蓝三种感光细胞分布图

短波（420）、中波（534）、长波（564）锥状细胞光谱响应曲线和杆状细胞（Rod）光谱响应曲线

当人的某种锥体细胞感应不灵敏或出问题的时候，即为所谓的色弱或色盲的现象。通过用Ishihara Test色盲测试本进行测试。

IshiharaTest 色盲测试图

正常视觉观察者

缺少长波锥体细胞感应的视觉观察者

光谱光视效率表示人眼对不同波长的光的亮度感受特性。由图可知，明视觉和暗视觉下的光谱光视效率函数V(λ)和V’(λ)是不同的，明视觉情况下人眼对555nm的黄绿光视最为敏感。目前所有的照度或亮度测量设备均采用V(λ)用于计算。需要指出的是， led亮化工程，针对于每一个人的感光细胞和光谱光视效率函数均是不一样，个体是有差异的。

明视觉和暗视觉光谱光视效率函数

除了人类，其他动物也有相应的感光细胞，超市照明，且与人类的感光细胞响应曲线不同，LED筒灯，如鲸鱼仅有一种感光细胞、狗猫有两种感光细胞、蜜蜂有三种感光细胞、鸟类有四种感光细胞、虾姑居然有12种感光细胞。

不同动物感光细胞种类

人和蜜蜂感光细胞光谱响应曲线

鸟类和虾姑感光细胞光谱响应曲线

色适应和色彩恒常性

首先看下面色彩科学中非常经典的三幅图，第一幅是正常的完整的图；第二幅仅仅在黄色枕头部分用青色滤光片遮住，明显感觉黄色枕头偏色；第三幅图将整体图片用青色滤光片遮住，经过一段时间的适应，整体感觉黄色枕头还是黄色枕头。类似的，一张白纸从日光下拿到白炽灯下观看，刚开始感觉白纸偏黄偏红，过了一段色适应后，LED照明工程，白纸感觉还是白纸。上述这些现象就是人眼的色适应和色彩恒常性。色彩恒常性为当照明条件发生变化是，虽然整体的色彩感知总会有些差别，但是人眼视觉系统有一种尽量使感知色的差别趋于最小的倾向。目前，口碑，CIE推出了相应的数学模型精确描述这一过程，即CAT02色适应转换和CIECAM02色貌模型，这以后再细讲。色彩恒常性的本质与相机的白平衡一致，白平衡算法本质上算是一种色彩补偿算法补偿相机无法自动适应各种场景照明进行色彩调节的缺陷。

正常的完整的图