色彩物理理论1.docVIP

色彩的物理理论 第一节 光源　　我们生活在一个多彩的世界里。白天，在阳光的照耀下，各种色彩争奇斗艳，并随着照射光的改变而变化无穷。但是，每当黄昏，大地上的景物，无论多么鲜艳，都将被夜幕缓缓吞没。在漆黑的夜晚，我们不但看不见物体的颜色，甚至连物体的外形也分辨不清。同样，在暗室里，我们什么色彩也感觉不到。这些事实告诉我们：没有光就没有色，光是人们感知色彩的必要条件，色来源于光。所以说：光是色的源泉，色是光的表现。 为了了解色彩产生的原因，首先必须对光作进一步的了解。 二、光的本质　　人们对光的本质的认识，最早可以追溯到十七世纪。从牛顿的微粒说到惠更斯的弹性波动说，从麦克斯韦的电磁理论，到爱因斯坦的光量子学说，以至现代的波粒二象性理论。 　　光按其传播方式和具有反射、干涉、衍射和偏振等性质来看，有波的特征；但许多现象又表明它是有能量的光量子组成的，如放射、吸收等。在这两点的基础上，发展了现代的波粒二象性理论。　　光的物理性质由它的波长和能量来决定。波长决定了光的颜色，能量决定了光的强度。光映射到我们的眼睛时，波长不同决定了光的色相不同。波长相同能量不同，则决定了色彩明暗的不同。　　在电磁波辐射范围内，只有波长380nm到780nm（1nm=10-6mm）的辐射能引起人们的视感觉，这段光波叫做可见光。如图2-1所示。 2-1电磁波及可见光波长范围 2-2色散现象 1666年发现，把太阳光经过三棱镜折射，然后投射到白色屏幕上，会显出一条象彩虹一样美丽的色光带谱，从红开始，依次接临的是橙、黄、绿、青、蓝、紫七色。如图2-2所示。这是因为日光中包含有不同波长的辐射能，在它们分别刺激我们的眼睛时，会产生不同的色光，而它们混合在一起并同时刺激我们的眼睛时，则是白光，我们感觉不出它们各自的颜色。但是，当白光经过三棱镜时，由于不同波长的折射系数不同，折射后投影在屏上的位置也不同，所以一束白光通过三棱镜便分解为上述七种不同的颜色，这种现象称为色散。从图2-2中可以看到红色的折射率最小，紫色最大。这条依次排列的彩色光带称为光谱。这种被分解过的色光，即使再一次通过三棱镜也不会再分解为其它的色光。我们把光谱中不能再分解的色光叫做单色光。由单色光混合而成的光叫做复色光，自然界的太阳光，白炽灯和日光灯发出的光都是复色光。色散所产生的各种色光的波长如表2-1所示。 波长λ(nm) 代表波长 红（Red） 780～630 700 Orange） 630～600 620 Yellow） 600～570 580 Green） 570～500 550 Cyan） 500～470 500 Blue） 470～420 470 Violet） 420～380 420 　　一般的光源是不同波长的色光混合而成的复色光，如果将它的光谱中每种色光的强度用传感器测量出来，就可以获得不同波长色光的辐射能的数值。图2-3就是一种用来测量各波长色光的辐射能仪器的简要原理图，这种仪器称为分光辐射度计。 2-3 分光辐射度计原理图 2-3表明，光源经过左边的隙缝和透镜变成平行光束，投向棱镜的入射平面，当入射光通过棱镜时，由于折射，使不同波长的色光，以不同的角度弯折，从棱镜的入射平面射出。任何一种分解后的光谱色光在离开棱镜时，仍保持为一束平行光，再由右边的透镜聚光，通过隙缝射在光电接收器上转换为电能。如果右边的隙缝是可以移动的，就可以把光谱中任意一种谱色挑选出来，所以，在光电接收器上记录的是光谱中各种不同波长色光的辐射能。若以φe表示光的辐射能，λ表示光谱色的波长，则定义：在以波长λ为中心的微小波长范围内的辐射能与该波长的宽度之比称为光谱密度。写成数学形式：e(λ)=dφe∕dλ （W/nm）　　在实用上更多的是以光谱密度的相对值与波长之间的函数关系来描述光谱分布，称为相对光谱能量（功率）分布，记为S（λ）。相对光谱能量分布可用任意值来表示，但通常是取波长λ=555nm处的辐射能量为100，作为参考点，与之进行比较而得出的。若以光谱波长λ为横坐标，相对光谱能量分布S（λ）为纵坐标，就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线。 2-4中可以看到：正午的日光有较高的辐射能，它除在蓝紫色波段能量较低外，在其余波段能量分布均较均匀，基本上是无色或白色的。荧光灯光源在405nm、430nm、540nm和580nm出现四个线状带谱，峰值在615nm，而后在长波段（深红）处能量下降，这表明荧光光源在绿色波段（550nm～560nm）有较高的辐射能，而在红色波段（650nm～700nm）辐射能减弱。对比之下，白炽灯光源，它在短波蓝色波段，辐射能比荧光光源低，而在长波红色区间，有相对高的能量。因此，白炽灯光源，总带有黄红色。红宝石激光器发出的光，其能量完全集中