人眼的色彩知識

文章來源:恒光電器

發布時間: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。

視網膜上的感光細胞

人眼的結構如下，包含角膜、虹膜、瞳孔、晶狀體、玻璃體、視網膜等。視覺正常者眼球中有3種錐體細胞和1種桿狀細胞。錐狀細胞主要位于視網膜（Retina）的中央凹（Fovea），3種錐體（Cone）細胞分別感應短波（藍）、中波（綠）和長波（紅）部分，對應于400nm-700nm可見光譜范圍，道路照明，主要負責光亮條件下的顏色和細節感知，技術資訊， led商業照明，即明視覺（Photopic vision），恒光，口碑，其細胞個數分布比例大致為1:16:32，這也是藍光人眼感知亮度較低的原因之一；桿狀（Rod）細胞僅在低亮度條件下感應亮度信息，廠房照明，不能分辨顏色和細節，商業照明燈具，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，恒光電器，因為錐狀細胞和桿狀細胞同時起作用，一般該亮度范圍為0.001-5cd/m2；中間視覺的研究對于路燈設計、戶外照明等均具有重要的指導作用。我們色彩工業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胞起作用。

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

人眼的結構圖

視網膜上的紅綠藍三種感光細胞分布圖

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

當人的某種錐體細胞感應不靈敏或出問題的時候，即為所謂的色弱或色盲的現象。通過用Ishihara Test色盲測試本進行測試。

IshiharaTest 色盲測試圖

正常視覺觀察者

缺少長波錐體細胞感應的視覺觀察者

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備均采用V(λ)用于計算。需要指出的是， led亮化工程，針對于每一個人的感光細胞和光譜光視效率函數均是不一樣，個體是有差異的。

明視覺和暗視覺光譜光視效率函數

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

不同動物感光細胞種類

人和蜜蜂感光細胞光譜響應曲線

鳥類和蝦姑感光細胞光譜響應曲線

色適應和色彩恒常性

首先看下面色彩科學中非常經典的三幅圖，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，經過一段時間的適應，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，過了一段色適應后，LED照明工程，白紙感覺還是白紙。上述這些現象就是人眼的色適應和色彩恒常性。色彩恒常性為當照明條件發生變化是，雖然整體的色彩感知總會有些差別，但是人眼視覺系統有一種盡量使感知色的差別趨于最小的傾向。目前，口碑，CIE推出了相應的數學模型精確描述這一過程，即CAT02色適應轉換和CIECAM02色貌模型，這以后再細講。色彩恒常性的本質與相機的白平衡一致，白平衡算法本質上算是一種色彩補償算法補償相機無法自動適應各種場景照明進行色彩調節的缺陷。

正常的完整的圖