第六章-色度學(xué)基礎(chǔ).ppt

作業(yè) 1 有兩薄透鏡L1和L2的口徑分別為6cm和4cm 在L1和L2距L2為2cm處有一直徑為6cm的小孔光闌 物點(diǎn)位于L1前方12cm處 求孔徑光闌 入射瞳孔 出瞳的位置及大小2 選作 兩個(gè)薄透鏡L1 L2的孔徑為4 0cm L1為凹透鏡 L2為凸透鏡 它們的焦距分別為8cm和6cm 鏡間距離為3cm 光線平行于光軸入射 求系統(tǒng)的孔徑光闌 入瞳和出瞳及視場(chǎng)光闌3 照相物鏡 對(duì)2m遠(yuǎn)處目標(biāo)照相 假定底片上像點(diǎn)彌散斑直徑小于0 05mm仍可認(rèn)為成像清晰 問物空間能清晰成像的最遠(yuǎn) 最近距離各位多少 4 人工照明下閱讀時(shí) 紙面光亮度應(yīng)大于10cd m2 假定白紙的漫反射系數(shù)為0 75 用60w充氣鎢絲燈照明 光視效能為15lm w 求當(dāng)燈泡離紙面距離不大于多少時(shí) 才能產(chǎn)生所要求的光亮度 假定紙面與照射光線方向垂直 5 面積為1cm2的單面發(fā)光圓盤是一個(gè)朗伯光源 光亮度為1500lm m2 sr 求 最大發(fā)光強(qiáng)度I0 與發(fā)光面法線30度角方向上的發(fā)光強(qiáng)度I30 圓盤發(fā)出的總光通量及光出射度 6 1顏色的分類和特性 一顏色及其分類顏色 不同波長(zhǎng)可見光輻射作用于人的視覺器官后所產(chǎn)生的心里感受顏色和波長(zhǎng)的關(guān)系并不是完全固定的光譜上除572nm 黃 503nm 綠 和478nm 藍(lán) 是不變的顏色外 其它顏色在光強(qiáng)增加時(shí)都略向紅色或藍(lán)色變化 貝楚德 樸爾克效應(yīng) 色度學(xué)則是將主觀的顏色感受和客觀的物理刺激聯(lián)系起來的科學(xué) 非彩色 白色 黑色及灰色彩色 各種光譜色顏色形成的物理機(jī)制光源色 自發(fā)光形成的顏色物體色 自身不發(fā)光 憑借其它光源照明 通過反射或透射而形成的顏色熒光色 物體受光照射激發(fā)所產(chǎn)生的熒光與反射或投射光共同形成的顏色 二顏色的表觀特征明度 表示顏色明亮的程度對(duì)于光源色 明度值與發(fā)光體的光亮度有關(guān)物體色 和物體的透射比或反射比有關(guān)色調(diào) 區(qū)分不同彩色的特征飽和度 顏色接近光譜色的程度 彩色的純潔性 彩色具備以上3個(gè)特征非彩色只有明度值差別 沒有色調(diào)區(qū)分 飽和度為0用一個(gè)三維紡錘體可將顏色的三個(gè)基本特征表示出來 6 2顏色混合 顏色混合 兩種或幾種顏色相互混合 形成不同于原色的新色色光混合 加混色 不同顏色光的直接混合色料混合 色料是對(duì)光有強(qiáng)烈選擇吸收的物質(zhì) 在白光照明下呈現(xiàn)一定的顏色 從白光中去除某些色光 又稱減混色 格拉斯曼顏色混合定律H Grassman于1953年總結(jié)出色光混合的基本定律 人的視覺只能分辨顏色的三種變化 明度 色調(diào)和飽和度 兩種顏色混合 如果一種顏色成分連續(xù)變化 混合色的外貌也連續(xù)變化補(bǔ)色律 每一種顏色都有相應(yīng)補(bǔ)色中間色律 兩種非互補(bǔ)顏色混合 將產(chǎn)生兩顏色的中間色 其色調(diào)決定于兩顏色的比例 R G YR B M Magent洋紅 品紅 G B C Cyan青 R G B W兩種顏色以一定的比例相混合產(chǎn)生白色或灰色 則此兩顏色為互補(bǔ)色某一顏色與其補(bǔ)色以適當(dāng)比例混合便產(chǎn)生白色或灰色R C WG M WB Y W 顏色外貌相同的光 不管它們的光譜組成是否一樣 在顏色混合中等效凡是視覺上相同的顏色是等效的代替律 相似色混合 混合色仍相似顏色A 顏色B顏色C 顏色D顏色A C 顏色B D在混色中 某種顏色用外貌相同的另外顏色代替 最后效果不變 混合色的總亮度等于組成混合色的各顏色光亮度的總和亮度相加定律 假定參加混色各色光亮度分別為L(zhǎng)1 L2 Ln 則混合色光的光亮度L為L(zhǎng) L1 L2 Ln 6 3顏色匹配 一顏色匹配實(shí)驗(yàn)把兩個(gè)顏色調(diào)節(jié)到視覺上相同的方法叫顏色匹配色光混合匹配實(shí)驗(yàn)利用顏色光相加實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)紅 綠 蘭色光的強(qiáng)度 直到黑檔屏兩邊的視場(chǎng)呈現(xiàn)相同顏色 就完成了顏色匹配 顏色匹配不受背景顏色的影響 即顏色匹配遵守顏色匹配恒常定律 但應(yīng)注意 眼受強(qiáng)光刺激時(shí) 此定律也會(huì)失效 對(duì)于飽和度很高的顏色 例如某些光譜色 常常不能用紅 綠 藍(lán)三種顏色直接混合得到 為了匹配 需把某種顏色轉(zhuǎn)加到被匹配顏色一方 然后用另二種顏色混合與降低了飽和度的顏色進(jìn)行匹配 高飽和度顏色匹配 二顏色匹配方程不能直接匹配 需把某種顏色加到被匹配顏色一方的情況例如用紅 R 綠 G 蘭 B 匹配光譜黃色 需把蘭色 B 加到黃色 C 一邊再進(jìn)行匹配 C B B R R G G C R R G G B B 結(jié)論紅 綠 蘭三種顏色以不同的量值 有的可能為負(fù)值 相混合 可以匹配任何顏色 紅 綠 蘭不是唯一的能匹配所有顏色的三種顏色 三種顏色 只要其中的每一種都不能用其它兩種混合產(chǎn)生出來 就可以用它們匹配所有的顏色 6 4色度學(xué)中的幾個(gè)概念 一 顏色刺激顏色刺激 引起顏色知覺的可見輻射的輻通量顏色刺激按波長(zhǎng)的分布 稱做顏色刺激函數(shù) 一般用 表示 顏色刺激是純物理量二 三原色能夠匹配所有顏色的三種顏色 稱做三原色 匹配實(shí)驗(yàn)表明 能夠匹配所有顏色的三種顏色不是唯一的紅 700nm 綠 546 1nm 蘭 435 8nm 三 三刺激值匹配某種顏色所需的三原色的量稱做該顏色的三刺激值 顏色方程中的R G B就是三刺激值三刺激值不是用物理單位 而是用色度學(xué)單位來度量 對(duì)于既定的三原色 每種顏色的三刺激值是唯一的 因而 可以用三刺激值來表示顏色 四 光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)用紅 綠 蘭三種顏色可以匹配所有顏色 對(duì)于各種波長(zhǎng)的光譜色也不例外 匹配等能光譜色所需的三原色的量稱做光譜三刺激值 對(duì)于不同波長(zhǎng)的光譜色 其三刺激值顯然為波長(zhǎng) 的函數(shù) 故也稱之為顏色匹配函數(shù)等能光譜是指各波長(zhǎng)輻射能量相等 只有在此條件下 所得到的光譜色三刺激值才是可比較和有意義的顏色匹配函數(shù)是重要的色度量 它是在顏色現(xiàn)像研究中把物理刺激與生理響應(yīng)結(jié)合起來的紐帶 五 色品坐標(biāo)及色品圖三刺激值各自在三刺激值總量中所占的比例 叫做顏色的色品r g b 1用r為橫坐標(biāo) g為縱坐標(biāo) 由r和g所決定的平面上的點(diǎn)均和某種顏色相對(duì)應(yīng) 這樣一個(gè)能表示顏色的平面 稱做色品圖色品圖上表示顏色的各個(gè)點(diǎn)稱做色品點(diǎn) 三原色紅 R 綠 G 和蘭 B 的色品點(diǎn) 此三點(diǎn)連線 構(gòu)成一個(gè)三角形 三角形里面部分是三原色以不同比例混合能產(chǎn)生的所有顏色色品點(diǎn)的集合 這個(gè)三角形叫做麥克斯韋顏色三角形光譜色的色品坐標(biāo)在色品圖上 各光譜色色品點(diǎn)形成一條馬蹄形曲線 稱之為光譜色品軌跡 六 色度學(xué)中常用的光度學(xué)概念光譜透射率 物體透過的光譜輻通量與入射光譜輻通量之比光譜反射率因數(shù) 在限定的方向上 在指定的立體角范圍內(nèi) 所考慮物體反射的光譜輻通量與相同照明 相同方向 在相同立體角內(nèi)由完全漫射反射體反射的光譜輻通量之比光譜反射率 物體反射的光譜輻通量與入射光譜輻通量之比 6 5顏色相加原理及光源色和物體色的三刺激值 一 顏色相加原理假定有 C1 和 C2 兩種顏色相混合 混合色的三刺激值與參加混色顏色的三刺激值之間存在什么關(guān)系呢 C1 R1 R G1 G B1 B C2 R2 R G2 G B2 B 兩種顏色混合后形成的混合色 C 為 C C1 C2 根據(jù)代替律 有 C C1 C2 R1 R G1 G B1 B R2 R G2 G B2 B R1 R2 R G1 G2 G B1 B2 B 顏色 C 也可用三刺激值R G B表示為 C R R G G B B 得到R R1 R2 G G1 G2 B B1 B2表明 混合色的三刺激值為各組成色相應(yīng)三刺激值之和 這就是顏色相加原理 二光源色和物體色的三刺激值 6 6CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng) 國(guó)際照明委員會(huì) CIE 規(guī)定的顏色測(cè)量原理 基本數(shù)據(jù)和計(jì)算方法 稱做CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng) CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)的核心內(nèi)容是用三刺激值及其派生參數(shù)來表示顏色任何一種顏色都可以用三原色的量 即三刺激值來表示 選用不同的三原色 對(duì)同一顏色將有不同的三刺激值 CIE對(duì)三原色做了規(guī)定光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)是用三刺激值表示顏色的極為重要的數(shù)據(jù) 對(duì)于同一組三原色 正常顏色視覺不同人測(cè)得的光譜三刺激值數(shù)據(jù)很接近 但不完全相同 CIE取多人測(cè)得的光譜三刺激值的平均數(shù)據(jù)做為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 并稱之為標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者 CIE對(duì)三刺激值和色品坐標(biāo)的計(jì)算方法作了規(guī)定 對(duì)于物體色 光源 照明和觀察條件對(duì)顏色有一定影響 為了統(tǒng)一測(cè)量條件 CIE對(duì)光源 照明條件和觀察條件也做了規(guī)定 一 CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng) 是1931年在CIE第八次會(huì)議上提出和推薦的 它包括1931CIE RGB和1931CIE XYZ兩個(gè)系統(tǒng) 一 1931CIE RGB系統(tǒng)該系統(tǒng)用波長(zhǎng)分別為7 10 7米 紅 5 461 10 7米 綠 和4 358 10 7米 蘭 的光譜色為三原色 并且分別用 R G B 表示 系統(tǒng)規(guī)定 用上述三原色匹配等能白光 E光源 三刺激值相等 R G B的單位三刺激值的光亮度比為1 000 4 5907 0 0601 輻亮度比為72 0962 1 3791 1 000 二 1931CIE XYZ系統(tǒng)1931CIE RGB系統(tǒng)可以用來標(biāo)定顏色和進(jìn)行色度計(jì)算 但是該系統(tǒng)的光譜三刺激值存在負(fù)值 這既不便于計(jì)算 也難以理解 因此CIE同時(shí)推薦了另一色度學(xué)系統(tǒng) 即1931CIE XYZ系統(tǒng) 1931CIE XYZ系統(tǒng)選用 X Y Z 為三原色 用此三原色匹配等能光譜色 三刺激值均為正值 該系