借光源之光.ppt

* 色彩的科學基礎 一、物理學上的色彩 1.光譜：1666年英國科學家牛頓（1642-1727），將白光引進暗室，因各色光頻率不同，通過三稜鏡的折射率也不同，便將白光分解為紅、橙、黃、綠、藍、紫順序排列的光譜，光譜又稱光帶或色光帶。 2.一般所謂「白光」，是指六色單色光的「複合光」。 3.紅色光波長最長，頻率最低，折射率最小。紫色光波長最短，頻率最高，折射率最大。 4.光源色是色光直射至眼睛，而大多數的物體色則是色光的反射，反射現象有四種： (1) 鏡面反射：如鏡子及水面的反射。 (2) 選擇反射：部份反射，部份吸收，如一般的物體色。 (3) 干涉反射：表面呈現七彩的折射，如肥皂泡泡、浮油表面、孔雀羽毛、真珠貝之表層等。 (4) 螢光與燐光：借光源之光，反射出與原來不同的特殊光為螢光(Fluorescence)。受照射時無異樣，息光後會呈現出特別蓄光者稱為燐光（Phosphorescence）。 二、生理學上的色彩 　　眼睛是人類接受外界視覺訊號的第一道關卡(圖02)。自然界中充斥著無數不同頻率的電磁波，而人眼能辨識的，只是其中一小部份的頻寬，從波長380nm（nanometer=0.000000001公尺）的紫光，到波長760nm的紅光之間，我們稱之為「可視光譜」。 　　眼球作用好比照相機，眼角膜、水晶體，如同攝影鏡頭，可以調整物象的焦距。虹膜控制著瞳孔的縮放，類似光圈葉片調整曝光光量的多寡，而視網膜便是感光底片。 紅色代表錐狀細胞 藍色代表桿狀細胞 網膜的結構 視網膜中能感受暗光的一種神經細胞。其外段由排成片層狀的薄盤組成，內段含粒線體、細胞核。 rod 桿狀細胞 　　 脊椎動物眼視網膜內的錐狀突起，對光敏感的神經元，與色覺和視敏度有關，但對弱光不如桿狀細胞敏感。 cone 錐狀細胞 頻率高於紫色光的紫外線，更高的ｘ射線等，該電波人眼不僅無法辨識，甚至也會對人體造成相當程度的傷害；而頻率較低的紅外線、微波等，除非以特殊的電子儀器，否則眼睛是無法作出判讀。 可見光(英文為visible light) 是電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見光譜沒有精確的範圍；一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長在400到700奈米之間，但還有一些人能夠感知到波長大約在380到780奈米之間的電磁波。正常視力的人眼對波長約為555奈米的電磁波最為敏感，這種電磁波處於光學頻譜的綠光區域 人眼可視的光波範圍約於380 mμ毫微米＝百萬分之一米 (μ＝ micro，即10的負6次方)＝nkm十億分之一公里 (n＝nano奈米，即10的負9次方) ~780mμ左右，高於780mμ或低於380mμ都看不見。 Red 800~650mμ Orange 640~590mμ Yellow 580~550mμ Green 530~490mμ Blue 480~460mμ Indigo 450~440mμ Violet 430~390mμ 可見光源 可見光的主要天然光源是太陽，主要人工光源是白熾物體(特別是白熾燈)。它們所發射的可見光譜是連續的。氣體放電管也發射可見光，其光譜是分立的。常利用各種氣體放電管加濾光片作為單色光源。 人眼可以看見的光的範圍受大氣層影響。大氣層對於大部分的電磁波輻射來講都是不透明的，只有可見光波段和其他少數如無線電通訊波段等例外。不少其他生物能看見的光波範圍跟人類不一樣，例如包括蜜蜂在內的一些昆蟲能看見紫外線波段，對於尋找花蜜有很大幫助。 光譜中並不能包含所有人眼和腦可以識別的顏色，如棕色、粉紅、紫紅等，因為它們需要由多種光波混合，以調整紅的濃淡。 可見光的波長可以穿透光學窗口，也就是可穿透地球大氣層而衰減不多的電磁波範圍（藍光散射的情況較紅光為嚴重，這也正是為何我們看到天空是藍色的）。人眼對可見光的反應是主觀的定義方式（參見CIE），但是大氣層的窗口則是用物理量測方式來定義。之所以稱為可見光窗口是因為它正好涵蓋了人眼可見的光譜。近紅外線 （NIR）窗口剛好在人眼可見區段之外，中波長紅外線（WMIR）和遠紅外線(LWIR、FIR)則較人眼可見區段較遠。 由此之故，各種植物紫外光下的外觀對它們吸引昆蟲授粉、繁殖的影響較之在我們眼中的顏色更加相關。 日光中的可視光波，經由眼球的瞳孔、水晶體，刺激視網膜上各種不同功能的感光細胞（桿狀細胞負責辨視明暗、錐狀細胞負責辨視色彩），使眼睛能對「明暗」及「色彩」作出適當的反應。 　　「明暗」方面，負責對亮度作出反應的桿狀細胞（又稱柱狀細胞），其受到光線刺激的強度有一定的極限。雖然在較暗的環境底下，可經由瞳孔的縮放來控制進入眼球的光量，但光線強度若低於某一數值，桿狀細胞便無法作出反應。當然，若進入眼球的光線強弱反差過大時，桿狀