光源色學分解PPT課件

1、 一般光源檢測項目： 、光譜功率分布： 、電參數(shù):電壓、電流、功率、功率因數(shù) 、光度參數(shù)：光通量、光效率、輻射功率 、色度參數(shù)：色坐標、相關色溫、主波長、色純度、 顯色指數(shù)第1頁/共85頁第2頁/共85頁3-1（1）光譜功率分布：一種光源所發(fā)射的光譜往往不是單一的波長，而是由許多不同波長的混合輻射所組成。光源的光譜輻射按波長順序和各波長功率分布稱為光源的光譜功率分布。（2）絕對光譜功率分布曲線和相對光譜功率分布曲線：前者指以光譜輻射的各種波長光能量絕對值所作的曲線；后者指將光源輻射光譜的各種波長的能量進行相互比較，作歸一化處理后使輻射功率僅在規(guī)定的范圍內(nèi)變化的光譜功率分布曲線。第3頁/共85頁

2、（3）連續(xù)光譜、線狀光譜、混合光譜：由紅到藍各種色光在內(nèi)的連續(xù)彩色光帶稱連續(xù)光譜；在整個光譜區(qū)域中某幾個波長處發(fā)生狹窄的光譜稱為線狀光譜；在連續(xù)光譜中附上一些突出的線光譜稱為混合光譜。第4頁/共85頁（4）絕對黑體和全輻射體：能夠完全吸收入射在其上的輻射能并產(chǎn)生輻射的理想物體。（5）黑體的色度軌跡黑體的光譜功率分布是溫度與波長的函數(shù)，如果已知黑體的絕對溫度，其光譜功率分布可有普朗克輻射定律算出。 由光譜功率分布可算出各種溫度黑體相應的CIE l931色度坐標，這些坐標在CIE l931色度圖上形成的弧形軌跡，稱為黑體的色度軌跡。1-T/(exp1)T(P251），CC第5頁/共85頁第6頁/共

3、85頁3- 光源的色溫和相關色溫： 某光源的色度與絕對黑體在某一溫度下 的色度一樣，則這一黑體的溫度稱為該光源的 色溫。： 對于色坐標不能準確地落在絕 對黑體軌跡上的光 源，用黑體軌跡上色度坐標與該光源最為相近的黑 體的溫度表示光源的色溫，稱為相 關色溫。 色溫與相關色溫主要描述光源發(fā)出的光色，并不表 示光源的實際溫度例如： 色溫高說明藍 綠光成分多，色溫低說明黃紅光成分多，第7頁/共85頁 在CIE l931色度圖上，黑體軌跡上各溫度點不是按等距分布的；同時由于CIE l931色度圖的空間是不均勻的，即在色度圖上兩處相同的距離不代表視覺上等量的顏色差別，所以就很難確定一個在黑體軌跡附近的光源

4、的相關色溫，因此，凱萊利用CIE l960 UCS圖，按視覺恰可分辨的最小顏色差別，把黑體軌跡劃分為許多視覺分辨的單位，叫做麥勒德（mrd）。麥勒德與色溫、相關色溫的關系為： l 麥勒德 = （l / 色溫 ）106第8頁/共85頁落在黑體軌跡上的色坐標，可根據(jù)mrd的劃分用內(nèi)插法算出對應的色溫。例如：圖中D65點在 mrd 150155之間，對應的色溫約為: T(1/153) 106=6535K 在1960UCS色度圖上，按mrd劃分與黑體軌跡正交的直線稱為：等相關色溫線，第9頁/共85頁落在黑體軌跡上的色坐標，可根據(jù)mrd的劃分用內(nèi)插法算出對應的色溫。例如圖中D65點在mrd 150155

5、之間，對應的色溫約為: T(1/153) 106=6535K 在1960UCS色度圖上，按mrd劃分與黑體軌跡正交的直線稱為等相關色溫線，根據(jù)等相關色溫線可以計算任意色坐標在黑體軌跡以外的光源的相關色溫。 Mc=M1+(M2-M1)d1/(d1+d2)或轉(zhuǎn)換成1968國際溫標： dddT1T1T1T1 21221148CTC = 1.4388 TC48 / 1.4380第10頁/共85頁3- CIE 標準照明體與標準光源為了給顏色的觀察與測量建立統(tǒng)一的標準，CIE推薦了五種標準照明體A、B、C、D、E和三種標準光源A、B、C。指一定的光譜功率分布，這種標準的光譜功率分布并不是必須由一個光源直接

6、提供，也不一定能用一個光源來實現(xiàn)。標準照明體A：相當于絕對黑體在加溫到2856 K時所輻射出來的光，它的相對光譜功率分布可根據(jù)普朗克輻射定律計算： 標準照明體A色度點正好落在CIE l931色度圖的黑體軌跡上。第11頁/共85頁 標準照明體B：相當于相關色溫4874 K的直射陽光，光色相當于中午陽光，其色度點緊靠黑體軌跡 由于不準確，現(xiàn)已廢除。 標準照明體C：相當于相關色溫為6774 K的平均陽光，光色近似陰天天空的日光，其色度點在黑體軌跡上方。 標準照明體D65：相當于色溫約為6504K的日光，其色度點在黑體軌跡的上方。 標準照明體D：代表標準照明體D65以外的其他日光。 標準照明體E：（人

7、為規(guī)定）可見光區(qū)內(nèi)光譜輻射功率恒定的光-稱等能光譜、或等能白光。（其光譜光度分布于視見函數(shù)相符） 現(xiàn)在最常用的標準照明體是A和D 查表可得常用標準照明體的光譜功率分布第12頁/共85頁B: T cp = 4874 K;C: T cp = 6774 K第13頁/共85頁：指用來實現(xiàn)標準照明體光譜功率分布的光 源，CIE規(guī)定用下述人工光源來實現(xiàn)標準照明體。標準光源A：熔凝石英殼或玻璃殼帶石英窗口的充氣鎢 絲燈，以產(chǎn)生色溫為2856 K的輻射。標準光源B：在A光源前加一組特定的戴維斯-吉伯遜液 體濾光器，以產(chǎn)生相關色溫4874K的輻射。標準光源C：A光源另加一組戴維斯-吉伯遜液體濾光 器，以產(chǎn)生相關

8、色溫6774 K的輻射。 戴維斯-吉伯遜濾色液系用硫酸鈉、甘露醇吡啶、蒸 餾水，或硫酸鉆銨、硫酸鈉、硫酸、蒸餾水等不同 的分量配合而成。 第14頁/共85頁 為了統(tǒng)一時相與空相引起的日光變化，CIE規(guī)定的標準照明體D也叫做典型日光或重組日光它是由在CIE l931色度圖上的一條位于普朗克(黑體)軌跡上方的典型日光色度軌跡來代表的。這條軌跡是根據(jù)CIE l931色度圖上許多實測的日光色度點的分布定出的，它包括400040000 K典型日光的色度點。典型日光軌跡也就是標準照明體D的軌跡。典型日光色度軌跡是根據(jù)實驗材料定出的。第15頁/共85頁CIE規(guī)定典型日光(D)的色度坐標滿足以下關系： yD

9、= -3.000 xD2 + 2.870 xD 0.275式中xD的有效范圍為0.25000.380。在相關色溫T已知情況下，可通過下式計算典型日光色度坐標xD ： 244063. 0T1009911. 0T109678. 2T106070. 4x C32C63C9D 237040. 0T1024748. 0T109018. 1T100064. 2x C32C63C9D( 7000 KTC25000 K )第16頁/共85頁 賈德、麥克亞當和威澤斯基對上述康狄特等人測量的622例光譜分析進行了統(tǒng)計學的特征矢量分析，得出一組公式，用以計算一定相關色溫的典型日光的相對光譜功率分布。也就是說，用數(shù)理

10、統(tǒng)計手段重新組合出該相關色溫的典型日光光譜功率分布。這就是的含意。分析結論：日光光譜分布由平均曲線So + 偏離平均曲線的特征矢量S1和S2第17頁/共85頁第18頁/共85頁 S () = So() + M1 S1() + M2 S2() 式中S ()為某一相關色溫典型日光波長 的相對光譜功率。 在已知典型日光的色度坐標情況下，M1和M2可用下式求得： y7341. 0 x2562. 00241. 0y9114. 5x7703. 13515. 1M DDDD1 y7341. 0 x2562. 00241. 0y0717.30 x4424.310300. 0M DDDD2第19頁/共85頁 目

11、前，CIE還沒有正式推薦人工光源來實現(xiàn)標準照明體D，這主要是因為日光具有獨特的鋸齒形光譜功率分布，而人工光源不具有這種光譜功率分布。 在色度學的實際應用中，不一定要求對日光光譜功率分布做出完善的模擬。人工光源與標準照明體光譜功率分布具有一定程度的偏離應該是允許的。 為了評價模擬日光的光譜功率分布與標準照明體D55、D65、D75其中之一的符合程度，CIE 推薦了用于色度學目的的評價方法。第20頁/共85頁第四章 光源的色度評價4.1 顯色性評價 我們認為在白熾燈和日光光源下看到的顏色是物體的“真實”顏色。人們在光源下所看到的物體顏色與在白熾燈和日光下所看到的顏色是不同的。 ，在日光下觀察一塊花

12、布，再把它拿到高壓汞燈下觀察，就會發(fā)現(xiàn)，某些顏色已變了色，如粉色變成了紫色，藍色變成了藍紫色。因此，我們說，在高壓汞燈下，物體失去了“真實”顏色，或顏色有所失真。第21頁/共85頁4.1.1 光源顯色性 按CIE的規(guī)定，我們把普朗克輻射體作為低色溫光源的參照標準，把標準照明體D作為高色溫光源的參照標準，用以衡量在其它各種光源照明下的顏色效果。光源的顯色性：指與參照標準下相比較，一個光源對物體顏色外貌所產(chǎn)生的效果。光源的光譜功率分布決定了光源的顯色性。 日光、白熾燈都是連續(xù)光譜，具有與白熾燈和日光相似的連續(xù)光譜的光源均有較好的顯色性。第22頁/共85頁三基色熒光燈 研究發(fā)現(xiàn)，用光譜430 nm(

13、藍)，540 nm(綠)，610 nm(紅)的輻射以適當?shù)谋壤旌纤a(chǎn)生的白光，與連續(xù)光譜的日光或白熾燈具有同樣優(yōu)良的顯色性。 三基色熒光燈就是根據(jù)上述原理研制的光源，它不僅顯色性好，而且光效高，是一種新型節(jié)能燈。 實驗發(fā)現(xiàn)：在不連續(xù)光譜的光源中，含有500 nm 和580 nm波長附近的光譜對顏色顯現(xiàn)有不利影響，一些顏色會失真，稱為。另外，在消除450 nm，540 nm，616 nm波長功率時，顯色性明顯下降。第23頁/共85頁三基色熒光燈光譜功率分布第24頁/共85頁4.1.2 CIE 光源顯色指數(shù)計算方法 CIE規(guī)定14塊測驗用的標準顏色樣品，CIE規(guī)定用普朗克輻射體或標準照明體D作為

14、參照光源，并將其顯色指數(shù)定為100； CIE規(guī)定以這些樣品在參照光源下和另一色溫為3000 K 標準熒光燈下的顏色色差E為尺度，約定標準熒光燈的顯色指數(shù)為50。 CIE根據(jù)在參照光源下和待測光源下顏色樣品的色差，導出計算光源顯色指數(shù)的公式。 光源對某一顏色樣品的顯色指數(shù)稱為特殊顯色指數(shù)Ri ，光源對特定8個顏色樣品的平均顯色指數(shù)稱為一般顯色指數(shù)Ra。第25頁/共85頁 1、參照照明體 待測光源的相關色溫低于5000 K 時，參照照明體應是普朗克輻射體的光譜功率分布， 高于5000 K時應是不同時相日光的光譜功率分布(標準照明體D)。 待測光源( 色度坐標 uk，vk )與參照照明體( 色度坐標

15、 ur，vr )之間的色度差為C = (uk - ur ) 2 + (vk - vr )2 1/2 -所選用的參照照明體應與待測光源的色度相同或接近相同，它們的色度差C應小于 5.410-3。第26頁/共85頁 2、顏色樣品計算光源顯色指數(shù)用的14塊孟塞爾顏色樣品 號數(shù)孟塞爾標號日光下的顏色17.5R 64淡灰紅色25Y 64暗灰黃色35GY68飽和黃綠色42.5G 66中等黃綠色510BG64淡藍綠色65PB 6872.5P 68第27頁/共85頁 2、顏色樣品計算光源顯色指數(shù)用的14塊孟塞爾顏色樣品號數(shù)孟塞爾標號日光下的顏色810P6894.5R 413105Y 810飽和黃色114.5G

16、 58飽和綠色123PB 311135YR 84人的膚色145GY 44第28頁/共85頁 7.5R 640.000.200.400.600.801.00350 400 450 500 550 600 650 700 750波長反射率1號：淡灰紅色第29頁/共85頁 5Y 640.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率2號：暗灰黃色第30頁/共85頁 5GY680.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率3號：飽和黃綠色第31頁/共85頁 2.5G 660.

17、000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率4號：中等黃綠色第32頁/共85頁 10BG640.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率5號：淡藍綠色第33頁/共85頁 5PB 680.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率6號：第34頁/共85頁 2.5P 680.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率7號：第35頁/共85

18、頁 10P680.000.200.400.600.801.00350400450500550 600650700750波長反射率8號：第36頁/共85頁 4.5R 4130.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率9號：第37頁/共85頁 5Y 8100.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率10號：飽和黃色第38頁/共85頁 4.5G 580.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率11號

19、：飽和綠色第39頁/共85頁 3PB 3110.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率12號：第40頁/共85頁 5YR 840.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率13號：人的膚色第41頁/共85頁 5GY 440.000.200.400.600.801.00350400450500550600650700750波長反射率14號：第42頁/共85頁3、待測光源及顏色樣品色度坐標的計算 通過對待測光源的光譜輻射測量，計算待測光源的 xk、yk 和 uk、

20、vk 色度坐標。然后算出在待測光源下14 塊樣品的 xk,I、yk,I 和 uk,I、vk,I 色度坐標。對色度坐標應給出小數(shù)點后四位數(shù)。 由于待測光源 k 和所選用的參照照明體 r 的色度不完全相同，而使視覺在不同照明下受到顏色適應的影響。為了處理兩種照明下的色適應，必須將待測光源的色度坐標 uk，vk調(diào)整為參照照明體的色度坐標 ur、vr，即 uk = ur ，vk = vr ，這時各顏色樣品i的色度坐標 uk ,i，vk ,i也要作相應的調(diào)整，成為 uk ,i、vk ,i。這種色度坐標的調(diào)整叫做適應性色位移。第43頁/共85頁適應性色位移用以下系數(shù)關系式進行轉(zhuǎn)換： d/ddc/cc481

21、. 1518.16d/dd4c/cc404. 0872.10u kri ,kkri ,kkri ,kkri ,ki ,k d/ddc/cc481. 1518.16520. 5v kri ,kkri ,ki ,k式中各c、d由下式計算： c = （4 u 10v）/ v， d =（1.708 v + 0.404 1.481u）/ v上兩式中下標“r”代表參照照明體；“k”代表待測光源；“k,i”代表待測光源照明下第i種標準樣品。在計算顯色指數(shù)時，就用調(diào)整后的色度坐標計算。 第44頁/共85頁5、顏色樣品的總色位移 CIE規(guī)定用CIE l964色差公式計算在待測光源k 和參照照明體r 照明下同一顏

22、色樣品i 的色差。CIE l964 顏色空間坐標： ），（），（），（），（，ki ,k*i ,k*i ,kri , r*i , r*i , rki ,k*i ,k*i ,kri , r*i , r*i , r3/1i ,k*i ,k3/1i , r*i , rvvW13VvvW13V uuW13UuuW13U 17)Y(25W17)Y(25W 式中uk = ur ，vk = vr 。 2*i ,k*i , r2*i ,k*i , r2*i ,k*i , ri)VV()UU()WW(E第45頁/共85頁6、顯色指數(shù)的計算特殊顯色指數(shù)：Ri = 100 - 4.6 Ei一般顯色指數(shù)：Ra = (

23、 Ri ) / 8 ( i = 1, 2 , 8 ) 由于一般顯色指數(shù) Ra 是 8 個顏色樣品 Ri 的平均值，所以即使兩個光源有完全相同的 Ra，兩光源下同一顏色樣品的 Ri 之間也可能有較大差別。只有當兩個光源的Ra都接近100 時，兩光源下顏色樣品的 Ri 差別才可能很小。第46頁/共85頁 CIE光源顯色指數(shù)是基于顏色樣品的色差矢量長度的比較，即基于樣品的色位移量的比較。應承認色位移的方向也是重要的，但CIE顯色指數(shù)不包括色位移方向的度量。 基于上述原因，即使兩個具有相同 Ri 的光源，如顏色樣品i 的色位移方向不同，這一樣品的顏色在視覺上也不會相同。同理，在兩個具有相同Ra的燈下觀

24、察顏色，也不保證它們有同樣的顏色視覺效果。因此，在要求精確辨別顏色的實踐中應該注意到，雖然不同的光源可能具有相同的特殊顯色指數(shù)或一般顯色指數(shù)，但這并不表明各種燈之間可以互相代替使用。第47頁/共85頁 CIE第13號顏色樣品是歐美婦女的面部皮膚色，人眼對膚色特別敏感，稍有失真便能察覺出來，而使人物的形象受到歪曲。我們應在顯色指數(shù)的計算中補充中國人的面部膚色樣品。 7、常用光源的一般顯色指數(shù) 光源顯色性的質(zhì)量分類 Ra100 7575 5050以下質(zhì)量分類優(yōu)一般劣第48頁/共85頁常用光源的相關色溫和一般顯色指數(shù)光源名稱CIE色度坐標TC (K)Raxyuv白熾燈0.4470.4080.2550

25、.350290995100碘鎢燈0.4580.4110.2610.351270095100溴鎢燈0.4090.3940.2370.342340095100熒光燈0.3100.3390.1920.31566007080外鎮(zhèn)高壓汞燈0.3340.4120.1840.34055003040內(nèi)鎮(zhèn)高壓汞燈0.3780.4340.2030.34944003040鏑燈0.3690.3670.2220.33043008595高壓鈉燈0.5160.3890.3110.35219002025第49頁/共85頁4.2 同色異譜評價同色同譜色：兩個物體具有完全相同的光譜分布曲線。同色異譜色：對于特定標準觀察者和特定照

26、明體，具有不同光譜分布而有相同三刺激值的顏色。 一對同色異譜顏色應滿足以下條件： d)(x)(d)(x)(X )2() 1 ( d)(y)(d)(y)(Y )2() 1 ( d)(z)(d)(z)(Z )2()1 (第50頁/共85頁1、改變觀察者 第51頁/共85頁2、改變照明體第52頁/共85頁4.2.2 顏色的同色異譜程度的評價定性描述：如果樣品間的光譜反射率因數(shù)曲線形狀很不同、交叉點很少，那么同色異譜的程度就高；相反，樣品間的光譜反射率因數(shù)曲線形狀相似，或交叉點很多，就表明同色異譜程度低。1、CIE“照明體同色異譜指數(shù)” 對于特定參照照明體和觀察者具有相同的三刺激值的兩個同色異譜樣品，

27、用具有不同相對光譜功率分布的測試照明體所造成的兩樣品間的色差(E)作為照明體同色異譜指數(shù)Mi 。 CIE推薦：參照照明體：CIE標準照明體D65 測試照明體：A、 F1、F2、F3第53頁/共85頁F1050100150200250300350 400450 500550 600650 700750 800波長相對功率第54頁/共85頁F2050100150200250300350400450500550 600650700750800波長相對功率第55頁/共85頁F3050100150200250300350400 450500550 600650700 750800波長相對功率第56頁/共

28、85頁舉例：三種顏色樣品，其光譜反射率因數(shù)曲線分別為 (0)( )、 (1)( )、 (2)( )，它們對于CIE標準照明體D65和CIE 1931標準觀察者是同色異譜刺激，有相同的三刺激值。 0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00380480580680780波長 ( nm)反射率 ( % )標樣0樣品1樣品2第57頁/共85頁三種同色異譜樣品的色差計算 樣品 D65AF1F2F30 xo0.46910.56800.55770.51840.4691yo0.36430.38470.38760.38700.3677Yo33.0040.2

29、539.7236.8533.081x10.46910.56830.56290.52310.4741y10.36430.38100.38470.38560.3699Y133.0040.2339.3636.5532.762x20.46910.55920.54540.51350.4685y20.36430.39410.39890.39260.3675Y233.0040.3640.3337.8833.28 EO,10.02.74.73.30.2EO,20.011.213.85.12.1第58頁/共85頁2、觀察者同色異譜指數(shù) 照明體同色異譜指數(shù) (0，1)(0，2)MA2.711.2MF14.713.

30、8MF23.35.1MF30.22.1同色異譜D65觀察者同色異譜指數(shù) M2M101, 00.91.12, 01.41.9第59頁/共85頁紫外光的同色異譜指數(shù)： 3 對熒光樣品在標準照明體D下，每對也是匹配的。但在模擬日光照明下，一般也就不匹配。它們的色差平均值就定義為紫外光的同色異譜指數(shù)，它表明模擬標準照明體D紫外區(qū)域的程度。 按照同色異譜指數(shù)的大小，CIE把它分為5個等級。表中色差E(CIELAB) 指色差采用1976 CIELAB色差公式, 色差E(CIELUV) 指色差公式采用1976 CIELUV色差公式。第60頁/共85頁E (CIELAB)E (CIELUV)等級 0.25 2

31、.0 2.6E第61頁/共85頁 可見光同色異譜指數(shù)的等級由第一字母來表示，紫外光的等級由第二字母來表示。：一個模擬D65光源在CIELAB勻色空間的可見光同色異譜指數(shù)為0.3, 紫外光同色異譜指數(shù)為0.6，則該模擬D65光源具有BC級。 目前認為具有BC（CIELAB）等級以上模擬日光可用于大多數(shù)實際場合。我國目測評定紡織品色牢度用標準光源條件中采用的模擬D65光源的一級標準為BC（CIELAB）級，二級標準為CD（CIELAB）級。第62頁/共85頁現(xiàn)在正在研制三種模擬D65的人工光源： 帶濾光器的高壓氙弧燈：帶濾光器的高壓氙弧燈提供了最好的模擬，國際上最好能達到； 帶濾光器的白熾燈和熒光燈：帶濾光器的白熾燈只在紫外區(qū)的模擬尚不理想，最好達到；熒光燈的模擬過去一直較差，只達到。 Daylight 熒光燈：隨著稀土熒光粉的發(fā)展，熒光燈的模擬可達到。 第63頁/共85頁因其極大部分輻射為紅外線，故光效最低。 由于燈絲的蒸發(fā)很快，所以壽命也較短。白熾燈的色溫約為24002900K。（3）種類白熾燈的種類很多，有普通型 磨砂型、 漫射型、 反射型、 裝飾型 、局部照明燈泡 、水下燈泡等。第64頁/共85頁第65頁/共85頁（三）幾種常用的照明電光源1、白熾燈 （1）