光電測(cè)試技術(shù)-第3章色度和光度測(cè)試技術(shù)

光電測(cè)試技術(shù)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)第3章色度和光度測(cè)試技術(shù)2/3/20231概述

色度學(xué)是研究人的顏色視覺(jué)規(guī)律、顏色測(cè)量理論與技術(shù)的學(xué)科。顏色感覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等一樣都是外界刺激使人的感覺(jué)器官產(chǎn)生的感覺(jué)。色度學(xué)是研究顏色度量和評(píng)價(jià)方法的學(xué)科，是以光學(xué)、視覺(jué)生理、視覺(jué)心理、心理物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)?，F(xiàn)代色度學(xué)，是一門實(shí)驗(yàn)性非常強(qiáng)的學(xué)科。

2/3/20232§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2/3/20233§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

能刺激人眼而產(chǎn)生明亮感覺(jué)的輻射稱為可見(jiàn)光，可見(jiàn)光刺激人眼在腦中產(chǎn)生光亮、顏色、形狀等印象，從而獲得對(duì)外界的認(rèn)識(shí)，這就是視覺(jué)。人眼不僅能從物體各點(diǎn)發(fā)出光的強(qiáng)弱來(lái)辨別物體的形象，還能對(duì)330一780nm波長(zhǎng)范圍的光作出選擇性反應(yīng)，這就是顏色視覺(jué)。人眼基本上可以看成是一個(gè)包含在鞏膜內(nèi)的不透光暗室。它具有一個(gè)由角膜Cornea、虹膜Iris、水晶體Lens和玻璃體組成的折射光學(xué)系統(tǒng)，它們將入射光線聚焦在眼球后面的視網(wǎng)膜上形成一個(gè)倒像。2/3/20234§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

人眼視網(wǎng)膜的中央窩部位和邊緣部位結(jié)構(gòu)不同，中央視覺(jué)主要是錐體細(xì)胞起作用，邊緣視覺(jué)主要是桿體細(xì)胞起作用。具有正常顏色視覺(jué)的人，視網(wǎng)膜中央窩能分辨各種顏色，但它的感光靈敏度較低；桿體細(xì)胞不能分辨顏色但能感受極微弱的光。中央窩周圍不同區(qū)域的顏色感受性也不同，由中央窩向外，首先喪失紅、綠色的感受性，更外圍則黃藍(lán)色的感受性也喪失而成為全色盲區(qū)。這時(shí)對(duì)應(yīng)的視角約20°，全色感覺(jué)范圍對(duì)應(yīng)的視角大約為4°。2/3/20235§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

1．顏色混合定律1）顏色環(huán)實(shí)驗(yàn)得知，顏色可以相互混合，產(chǎn)生出不同于原來(lái)顏色的新的顏色感覺(jué)。顏色混合可以是顏色光的混合，也可以是染料的混合，前者是顏色相加的混合，后考是顏色相減的混合，這倆種混合所得結(jié)果是不相同的。若把彩度最高的光譜色依順序圍成一個(gè)圓環(huán)，加上紫紅色，便構(gòu)成顏色立體的圓周，稱為顏色環(huán)。紫紅白純紅黃紅純黃純綠藍(lán)綠綠藍(lán)純藍(lán)紫700nm620nm574nm572nm570nm530nm520nm510nm470nm460nm400nm2/3/20236§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

1．顏色混合定律2）格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律格拉斯曼在總結(jié)以往顏色混合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，于1854年歸納總結(jié)出幾條實(shí)驗(yàn)規(guī)律，它是建立現(xiàn)代色度學(xué)的基礎(chǔ)。(1)顏色的屬性非彩色指白色﹑黑色和各種不同深淺的灰色。

彩色就是指黑白系列以外的各種顏色。2/3/20237§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

1．顏色混合定律2）格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(1)顏色的屬性明度是指人眼對(duì)物體的明暗感覺(jué)。色調(diào)是指彩色彼此相互區(qū)分的特性?？梢?jiàn)光譜中不同波長(zhǎng)的輻射在視覺(jué)上表現(xiàn)為各種色調(diào)，如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等。80%50%20%2/3/20238§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

1．顏色混合定律2）格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(1)顏色的屬性彩度表示物體顏色的濃淡程度或顏色的純潔性，又稱飽和度。物體色的彩度決定于物體表面反射光譜輻射的選擇性程度。2/3/20239§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

1．顏色混合定律2）格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(1)顏色的屬性可以用三維空間的顏色棗形立體來(lái)表示顏色的三屬性。橙黑明度色調(diào)彩度紫紅黃綠黃綠藍(lán)綠綠藍(lán)藍(lán)白2/3/202310§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

1．顏色混合定律2）格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(2)補(bǔ)色律和中間色律在由兩個(gè)成分組成的混合色中，如果一個(gè)成分連續(xù)變化，混合色的外貌也連續(xù)地變化。由此導(dǎo)出兩個(gè)定律：補(bǔ)色律和中間色律。補(bǔ)色律：每種顏色都有一個(gè)相應(yīng)的補(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；以其它比例混合，便產(chǎn)生近似比重大的顏色成分的中間色。中間色律：任何兩個(gè)非補(bǔ)色混合，便產(chǎn)生中間色，其色調(diào)決定于兩個(gè)顏色的相對(duì)數(shù)量，其彩度主要決定于兩者在色調(diào)順序上的遠(yuǎn)近。2/3/202311§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

1．顏色混合定律2）格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(3)代替律代替律：相似色（即外貌相同的顏色）混合后仍相似。如果顏色A=顏色B，顏色C＝顏色D，那么顏色A＋顏色C=顏色B+顏色D根據(jù)代替律，可以利用顏色混合的方法來(lái)產(chǎn)生或代替所需要的各種顏色。它是一條非常重要的定律。(4)亮度相加律亮度相加律：混合色的總亮度等于組成混合色的各顏色光亮度的總和。以上所說(shuō)的格拉斯曼顏色混合定律是色度學(xué)的一般規(guī)律，適用于各種顏色光的相加混合，但是這些規(guī)律不適用于染料或涂料的混合，因?yàn)槿玖虾屯苛系幕旌鲜穷伾獾南鄿p過(guò)程。2/3/202312§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色把兩個(gè)顏色調(diào)節(jié)到視覺(jué)上相同或相等的方法叫顏色匹配。黑擋屏白屏幕黑擋屏紅綠藍(lán)白熾燈視場(chǎng)2/3/202313§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色還可以利用人眼的某些視覺(jué)特性實(shí)現(xiàn)相加混色。

時(shí)間混色法：將三種不同的基色以足夠快的速度輪流投射到某一平面，因?yàn)槿搜鄣囊曈X(jué)惰性，分辨不出三種基色，而只能看到它們的混合色。時(shí)間混色法是順序制彩色電視的基礎(chǔ)?？臻g混色法：將三種基色分別投射到同一表面上相鄰的三點(diǎn)，只要這些點(diǎn)足夠近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨這三種基色，而只能感覺(jué)到它們的混合色，是同時(shí)制彩色電視的基礎(chǔ)。生理混色法：當(dāng)兩只眼睛同時(shí)分別觀看不同的顏色，也會(huì)產(chǎn)生混色效應(yīng)。例如，兩只眼睛分別戴上紅、綠濾波眼鏡，當(dāng)兩眼分別單獨(dú)觀看時(shí)，只能看到紅光或綠光；當(dāng)兩眼同時(shí)觀看時(shí)，正好是黃色，這就是生理混色法。2/3/202314§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色在顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，為匹配得到某一種顏色，一般需要三種顏色就可以達(dá)到匹配目的。通常稱在顏色匹配實(shí)驗(yàn)中選取的三種顏色為三原色。三原色可以任意選定；但是三原色中任何一種原色不能由另外兩種原色相加混合得到；最常用的是紅、綠、藍(lán)三原色。由三原色混合而成的新的顏色只表示了被匹配顏色的外貌，而不能表示它的光譜組成。例如，由紅、綠、藍(lán)三色光混合而成的白光與連續(xù)光譜的白光在視覺(jué)上一樣，但是它們的光譜組成成分卻不一樣，這種情況稱之為同色異譜。2/3/202315§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念2)三刺激值色度學(xué)中是用三原色來(lái)表示顏色的。匹配某種顏色所需的三原色的量，稱為顏色的三刺激值。三刺激值不是用物理單位來(lái)量度的，而是用色度學(xué)的單位來(lái)量度。具體規(guī)定為：在380～780nm的可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，各種波長(zhǎng)的輻射能量均相等時(shí)，稱為等能光譜色。由其構(gòu)成的白光稱等能白光，簡(jiǎn)稱E光源。等能白光的三刺激值是相等的，且均定為一個(gè)單位。2/3/202316§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念3)光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)用三刺激值可以表示各種顏色，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三原色的量叫作光譜三刺激值，也叫作顏色的匹配函數(shù)。對(duì)于不同波長(zhǎng)的光譜色，其三刺激值顯然是波長(zhǎng)的函數(shù)。用紅、綠、藍(lán)作為三原色時(shí)，光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)用來(lái)表示。由于任何顏色的光都可以看成是由不同單色光混合而成，所以光譜三刺激值是顏色色度計(jì)算的基礎(chǔ)。2/3/202317§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念4)色品坐標(biāo)三原色確定后，一種顏色的三刺激值是唯一的，因此，可以用三刺激值表示顏色。但是，由于準(zhǔn)確測(cè)量三刺激值存在著技術(shù)上的困難，而且用三刺激值表示顏色很不直觀，因而一般不直接用其表示顏色，而是用其在三刺激值總和中所占的比例來(lái)表示顏色。這三個(gè)比例值叫作色品坐標(biāo)。假定某顏色的三刺激值分別為R、G、B，色品坐標(biāo)為r、g、b，則有顯然因此，有2/3/202318§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值顏色刺激函數(shù)表示某顏色刺激與波長(zhǎng)的關(guān)系函數(shù)，以表示。無(wú)論光源色或物體色可看成是波長(zhǎng)范圍在380~780nm內(nèi)的各光譜色以不同的比例混合的產(chǎn)物。對(duì)于波長(zhǎng)為λ的光譜色，其三刺激值R、G和B應(yīng)分別和其光譜三刺激值以及顏色刺激函數(shù)成正比。故有式中，k為常數(shù)，稱為顏色調(diào)節(jié)因子。，，2/3/202319§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值當(dāng)波長(zhǎng)范圍趨向于無(wú)限小時(shí)，光譜色的三刺激值為380~780nm內(nèi)所有光譜色對(duì)應(yīng)的三刺激值總和就應(yīng)當(dāng)是被考慮顏色的三刺激值，即2/3/202320§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值對(duì)于光源色，顏色刺激函數(shù)就是光源的光譜功率分布，即故有

物體色既和照明光源的光譜功率分布有關(guān)，也和物體的光學(xué)性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于透射物體對(duì)于反射物體2/3/202321§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

3．CIE標(biāo)準(zhǔn)表色度系統(tǒng)國(guó)際照明委員會(huì)（英文縮寫CIE）曾推薦了幾種色度學(xué)系統(tǒng)，以統(tǒng)一顏色的表示方法和測(cè)量條件。國(guó)際照明委員會(huì)在1931年同時(shí)推薦了兩套色度學(xué)系統(tǒng)：1931CIE-RGB系統(tǒng)和1931CIE-XYZ系統(tǒng)，1964年又推薦了CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。表色系統(tǒng)一般包括：三原色三原色的單位光譜三刺激值等2/3/202322§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

3．CIE標(biāo)準(zhǔn)表色度系統(tǒng)1)1931CIE-RGB系統(tǒng)三原色：紅(R)(λ＝700nm)、綠(G)(λ＝546.1nm)、藍(lán)(B)(λ＝435.8nm)三原色單位：三原色光（R）、（G）、（B）單位刺激值的光亮度比為1.0000：4.5907：0.0601；輻亮度比為72.0962：1.3791：1.0000。光譜三刺激值：2/3/202323§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

1931CIE-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值波長(zhǎng)變化曲線1931CIE-RGB系統(tǒng)色品圖2/3/202324§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

3．CIE標(biāo)準(zhǔn)表色度系統(tǒng)2)1931CIE-XYZ系統(tǒng)三原色：1931CIE-XYZ系統(tǒng)的三原色選擇的要求是：第一，用三原色匹配等能的光譜色時(shí)，三刺激值均為正；第二，色品圖上表示的實(shí)際不存在的顏色所占的面積盡量??；第三，用Y刺激值表示顏色的亮度。（X）、（Y）、（Z）作為色度學(xué)系統(tǒng)的三原色是有意義的，但實(shí)際上并不存在這三種顏色。XYZ系統(tǒng)的光譜三刺激值也無(wú)法通過(guò)顏色匹配實(shí)驗(yàn)直接得到，而是以1931CIE－RGB系統(tǒng)光譜色品坐標(biāo)值換算求得。光譜三刺激值：2/3/202325CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值曲線1931CIE－XYZ系統(tǒng)色品圖這段不是光譜色，而是770nm（紅）和380nm（紫）兩光譜色混合色的色品軌跡。2/3/2023262/3/202327§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

3．CIE標(biāo)準(zhǔn)表色度系統(tǒng)3)CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)前面討論的1931CIE-RGB標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)和1931CIE-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)都是從萊特和吉爾德實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)換算求得的，因此，它們只適用于小視場(chǎng)角（＜4°）的情況下的顏色標(biāo)定。為適應(yīng)大視場(chǎng)情況下顏色的測(cè)量和標(biāo)定，CIE在1964公布了CIE1964補(bǔ)充色度學(xué)系統(tǒng)。它規(guī)定了適合于10°視場(chǎng)使用的CIE1964補(bǔ)充色度觀察者光譜三刺激值和色品圖。其計(jì)算方法與1931CIE-XYZ系統(tǒng)的三刺激值和色品坐標(biāo)的計(jì)算方法完全相同，只不過(guò)要用本系統(tǒng)所規(guī)定的基本數(shù)據(jù)。為了與1931CIE-XYZ系統(tǒng)相區(qū)別，所用的符號(hào)要加下標(biāo)“10”。例如，三刺激值表示為X10、Y10、Z10等。2/3/202328§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

3．CIE標(biāo)準(zhǔn)表色度系統(tǒng)總結(jié)起來(lái)，用該色度學(xué)系統(tǒng)表示顏色的方法有以下兩種：1）三刺激值表示顏色。最常用的是1931CIE-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)中所規(guī)定的三刺激值X、Y、Z。該方法表示顏色的困難是三刺激值由于難于定標(biāo)而難于準(zhǔn)確測(cè)量。2）色品坐標(biāo)x、y以及Y刺激值表示顏色。用x、y和Y表示顏色是常用的方法。2/3/202329§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

4．CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源在測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的光度和色度性能時(shí)，必須在統(tǒng)一規(guī)定的照明光源下，測(cè)量結(jié)果才可以互相比較。為了統(tǒng)一測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源。1)色溫和相關(guān)色溫當(dāng)某種光源的色品與某一溫度下的黑體色品相同時(shí)，則將黑體的溫度稱為光源的顏色溫度，簡(jiǎn)稱色溫。相關(guān)色溫700nm490500380nm5505806005204800.80.60.40.200.20.40.60.8xyCIE1931-XYZ色品圖上的黑體軌跡∞C2/3/202330§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

4．CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源2)CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源光源：是指能發(fā)光的物理輻射體，如燈、太陽(yáng)等。照明體：是指特定的相對(duì)光譜功率分布，這種相對(duì)光譜功率分布不一定能用一個(gè)具體的光源來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是以數(shù)據(jù)表格給出。CIE規(guī)定了“標(biāo)準(zhǔn)光源”和“標(biāo)準(zhǔn)照明體”的光譜分布。（1）CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C、E、D標(biāo)準(zhǔn)照明體A

代表絕對(duì)溫度2856K（1990年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)）的完全輻射體的輻射。它的色品坐標(biāo)落在CIE1931色品圖的黑體軌跡上。標(biāo)準(zhǔn)照明體B

代表相關(guān)色溫約為4874K的直射日光，它的光色相當(dāng)于中午的日光，其色品坐標(biāo)緊靠黑體軌跡。標(biāo)準(zhǔn)照明體C

代表相關(guān)色溫約為6774K的平均晝光。它的光色近似于陰天的天空光，其色品坐標(biāo)位于黑體軌跡下方。2/3/202331§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

4．CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源2)CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)照明體E

在可見(jiàn)光波段內(nèi)的相對(duì)光譜功率為恒定值的照明體。又稱為等能光譜或等能白光。這是一種人為規(guī)定的相對(duì)光譜功率分布，實(shí)際中是不存在的。標(biāo)準(zhǔn)照明體D

代表各時(shí)相（不同時(shí)間、季節(jié)和氣候條件）日光的相對(duì)光譜功率分布，這種光也叫典型日光或重組日光。對(duì)于任意相關(guān)色溫的D照明體的光譜功率分布都可以由公式求得;CIE在標(biāo)準(zhǔn)照明體D中推薦了幾種特定的相對(duì)光譜功率分布，作為在光度、色度計(jì)算和測(cè)量中的標(biāo)準(zhǔn)日光。它們分別稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65、D55、D75。2/3/202332§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

4．CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源2)CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源（2）CIE標(biāo)準(zhǔn)光源A、B、C、D65標(biāo)準(zhǔn)光源A

由色溫2856K的透明玻璃充氣鎢絲燈作為A光源來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體A。如果要求準(zhǔn)確地模擬紫外部分的相對(duì)光譜功率分布，則推薦使用熔融石英玻璃殼或者帶石英窗口的燈泡。標(biāo)準(zhǔn)光源B、C

由標(biāo)準(zhǔn)光源A加上各自相應(yīng)的一組特定的戴維斯—一吉伯遜（Davis-Gib-son）液體濾光器組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體B和C。標(biāo)準(zhǔn)照明體D

對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)照明體D，CIE尚未推薦出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光源，因此標(biāo)準(zhǔn)照明體D的模擬成為當(dāng)前光源研究的重要課題之一。目前研制的模擬似D65標(biāo)準(zhǔn)照明體的人工光源有：帶濾光器的高壓氙燈、帶濾光器的白熾燈和帶濾光器的熒光燈三種。2/3/202333§3-1色度學(xué)的基本概念和實(shí)驗(yàn)定律

小結(jié):1．格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律顏色的屬性：明度、色調(diào)、彩度補(bǔ)色律和中間色律代替律亮度相加律2．色度學(xué)中的基本概念顏色匹配、三原色、同色異譜等能光譜色、等能白光、顏色的三刺激值、光譜三刺激值、色品坐標(biāo)顏色刺激、顏色刺激函數(shù)3．CIE標(biāo)準(zhǔn)表色度系統(tǒng)1931CIE-RGB系統(tǒng)、1931CIE-XYZ系統(tǒng)、CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)4．CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源色溫、相關(guān)色溫光源、照明體2/3/202334色盲測(cè)試

(由左至右的數(shù)字分別是8,3,10,5)2/3/202335§3-2CIE色度計(jì)算方法2/3/202336§3-2CIE色度計(jì)算方法CIE除了推薦標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)外，還推薦了一系列的計(jì)算方法。如：色品坐標(biāo)的計(jì)算顏色相加計(jì)算主波長(zhǎng)和色純度計(jì)算色差計(jì)算同色異譜程度的計(jì)算等2/3/202337§3-2CIE色度計(jì)算方法1色品坐標(biāo)計(jì)算已知某顏色的刺激函數(shù)，要計(jì)算顏色的色品坐標(biāo)，必須先求得顏色的三刺激值。計(jì)算公式為：k叫做歸化系數(shù)，它是將照明物體（或光源）的Y值歸一化為100時(shí)得出的為波長(zhǎng)λ的光譜三刺激值自發(fā)光物體色：透射物體色：反射物體色：

2/3/202338§3-2CIE色度計(jì)算方法1色品坐標(biāo)計(jì)算計(jì)算出物體的三刺激值后，由下式計(jì)算其色品度坐標(biāo)注意式中的Y是被測(cè)色的光通量2/3/202339§3-2CIE色度計(jì)算方法2顏色相加計(jì)算已知兩種顏色各自的色品度坐標(biāo)計(jì)算x1、y1、亮度Y1，x2、y2、亮度Y2。①計(jì)算法原則：混合色的三刺激值為各個(gè)混合色的三刺激值的和；可以推廣到更多種顏色相加混合。可以表示為2/3/202340§3-2CIE色度計(jì)算方法2顏色相加計(jì)算計(jì)算步驟：由可得于是

混合色的色品坐標(biāo)和亮度為

2/3/202341§3-2CIE色度計(jì)算方法2顏色相加計(jì)算②作圖法在CIE1931色品圖上應(yīng)用重力中心定律的原理用作圖法求出混合色的色品點(diǎn)。

700nm490500400nm550580600520480KC2KC1M(P+Q)Q(C2)P(C1)(x1y1)(x2y2)0.80.60.40.200.20.40.60.8xy顏色相加作圖法圖示2/3/202342§3-2CIE色度計(jì)算方法3主波長(zhǎng)和色純度計(jì)算①主波長(zhǎng)用某一光譜色按照一定比例與一特定的參照光源（如等能白光E，CIE標(biāo)準(zhǔn)光源A、C，標(biāo)準(zhǔn)照明體D65）相混合匹配出某種顏色，則該光譜色的波長(zhǎng)就是該顏色的主波長(zhǎng)λd。但是，在色品圖上光譜軌跡兩端（400nm和700nm）與參照光源的色品點(diǎn)組成的三角區(qū)域內(nèi)的顏色沒(méi)有主波長(zhǎng)，因而引入補(bǔ)色波長(zhǎng)概念，用-λd表示。已知某顏色的色品坐標(biāo)（x，y）和參照光源的坐標(biāo)（x0，y0），可以方便地用作圖法確定某顏色的主波長(zhǎng)或補(bǔ)色波長(zhǎng)。

700nm490500400nm550580600520480O(x0,y0)L(x,y)0.80.60.40.200.20.40.60.8xy確定顏色的主波長(zhǎng)和補(bǔ)色波長(zhǎng)M(x,y)N(x,y)495.4519.42/3/202343§3-2CIE色度計(jì)算方法3主波長(zhǎng)和色純度計(jì)算②色純度色純度是指樣品顏色同主波長(zhǎng)光譜色接近的程度，色純度有興奮純度和亮度純度兩種。

興奮純度興奮純度與前述的彩度含義相同。

它表明主波長(zhǎng)的光譜色在樣品顏色中所占亮度比重亮度純度2/3/202344§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用2/3/202345§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用在色度與光度測(cè)量裝置中廣泛使用積分球部件。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)積分球是一個(gè)中空的金屬球體；球壁上開(kāi)有一個(gè)或幾個(gè)窗孔，用于進(jìn)光和放置光接收器件；球內(nèi)壁上應(yīng)涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系數(shù)接近1的材料。常用的材料是氧化鎂（或硫酸鋇）。性能特點(diǎn)與要求可以證明，進(jìn)入積分球的光經(jīng)過(guò)吸收很小的內(nèi)壁涂層的多次反射，最后可達(dá)到內(nèi)壁上具有均勻分布的照度。該照度較入射光通量除以球內(nèi)壁面積的照度值大得多（可提高信噪比）。積分球上的總開(kāi)孔面積應(yīng)盡可能小，把積分球的直徑做得比較大。2/3/202346§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用照度均勻性證明任意點(diǎn)M處照度E由直射照度E0和多次漫反射照度EΣ兩部分照度構(gòu)成，即積分球內(nèi)光照度計(jì)算S3MAdSAi1i1′ROS2i2i2′rAN2/3/202347§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用照度均勻性證明先來(lái)求直射照度E0：在S3范圍內(nèi)任意一點(diǎn)A處取小面元dSA，設(shè)到此面元上的總通量為dφ，則位置A處的照度EA為：積分球內(nèi)壁可看成理想的漫反射體，所以在A處的亮度LA為：(式中ρ是漫反射系數(shù))。2/3/202348§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用照度均勻性證明在考察位置M處取一小面元dSM，則由亮度為L(zhǎng)A的面元dSA發(fā)出到達(dá)dSM面元上的光通量為照度為：于是：2/3/202349§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用照度均勻性證明求多次漫反射照度EΣ。內(nèi)壁上任一位置N得到來(lái)自S3的直射光后，再次漫反射并直接到達(dá)考察位置M的光，這部分稱為一次附加照度E1。由于N處同樣得到直射照度E0，則亮度L0為在N處取面元dSN

，從dSN處發(fā)出在位置M處形成的一次附加照度dE1表示為2/3/202350§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用照度均勻性證明求多次漫反射照度EΣ。由整個(gè)積分球內(nèi)壁漫反射，在位置M處形成的總的一次照度E1為將代入上式得2/3/202351§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用照度均勻性證明求多次漫反射照度EΣ。于是：那么在考察位置M處的總照度E

為2/3/202352§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用用途：12345a）光接收器b）均勻亮物面c）球形平行光管1-硒光電池2-光源3-開(kāi)孔塞子4-牛角形消光管5-準(zhǔn)直物鏡帶有準(zhǔn)直物鏡、燈泡和黑、白塞子的積分球體稱為球形平行光管2/3/202353§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用2顏色的測(cè)量方法和儀器**顏色的測(cè)量必須建立在現(xiàn)代色度學(xué)的基礎(chǔ)之上。任何測(cè)色儀器只要能給出與CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)完全一致的三刺激值，該儀器就認(rèn)為是準(zhǔn)確的，而不論它是否能真正給出物體呈現(xiàn)在觀察者眼里的色刺激外貌。測(cè)色的方法分類：2/3/202354§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用2顏色的測(cè)量方法和儀器①色度計(jì)光電色度計(jì)可以由儀器的響應(yīng)值直接得到顏色的三刺激值。光電色度計(jì)由照明光源、校正濾光器、探測(cè)器組成。關(guān)鍵問(wèn)題是設(shè)計(jì)修正照明光源和探測(cè)器光譜特性的校正濾光器。為了模擬標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)者在標(biāo)準(zhǔn)照明體下觀察物體顏色特性，色度儀器的總光譜靈敏度必須符合盧瑟條件。盧瑟條件是校正濾光器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，以公式表示如下儀器內(nèi)部光源的光譜功率分布為比例常數(shù)校正濾光器的光譜透射比探測(cè)器的光譜靈敏度選定CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)照明體的光譜功率分布標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的光譜三刺激值比對(duì)下式：知道：儀器的各個(gè)探測(cè)器所測(cè)得的電信號(hào)值正比例于物體顏色的三刺激值。核心問(wèn)題：濾光器的設(shè)計(jì)2/3/202355§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用2顏色的測(cè)量方法和儀器①色度計(jì)光電色度計(jì)有四個(gè)探測(cè)器和三個(gè)探測(cè)器之分。

CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值曲線2/3/202356§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用2顏色的測(cè)量方法和儀器①色度計(jì)基本結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)：方便現(xiàn)場(chǎng)使用準(zhǔn)確度不高常用于比較兩種顏色積分球XYZ透射樣品平衡用光電管反射樣品Y光源光電色度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)圖2/3/202357§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用2顏色的測(cè)量方法和儀器②測(cè)色分光光度計(jì)利用測(cè)色分光光度計(jì)可以測(cè)量物體的透射色和反射色。原理：這類儀器不是直接測(cè)量顏色的三刺激值，而是測(cè)量物體的光譜反射率或光譜透射特性，再用前述的CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的光譜三刺激值，利用公式計(jì)算求得被測(cè)顏色的三刺激值。與色度計(jì)方式測(cè)色比較，其特點(diǎn)：測(cè)量準(zhǔn)確度高，儀器復(fù)雜和昂貴，數(shù)據(jù)處理也較復(fù)雜2/3/202358§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用M6M1D2WICHS1M3G1G2M2M4M5M7M8M10M9M11M12M13M15M14M16PbSPMT試樣室U-3400型分光光度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)原理圖AS2S3PWI-碘鎢燈D2－重氫燈CH－機(jī)械遮光器S1,S2,S3-狹縫M－反射鏡（M7,M9－柱面鏡，M8－玻璃調(diào)制盤）P－色散棱鏡G1,G2－光柵PbS－硫化鉛探測(cè)器PMT－光電倍增管2/3/202359§3-3色度的測(cè)試方法和應(yīng)用3測(cè)色應(yīng)用例——有色光學(xué)玻璃的色度測(cè)量首先應(yīng)測(cè)量出它的光譜透射比數(shù)據(jù)；根據(jù)前面介紹的CIE色度計(jì)算方法，計(jì)算出在某種光源照射下的顏色三刺激值和色品坐標(biāo)；并進(jìn)一步地可以得到描述顏色的色品特征的兩個(gè)指標(biāo)，即主波長(zhǎng)和色純度。計(jì)算例參見(jiàn)書(shū)上的例子。2/3/202360§3-5光學(xué)系統(tǒng)透過(guò)率測(cè)試技術(shù)2/3/202361§3-5光學(xué)系統(tǒng)透過(guò)率測(cè)試技術(shù)概述光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率反映了經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)之后光能量的損失程度，是系統(tǒng)成像質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。光能量損失，亮度將降低；光譜特性變壞；產(chǎn)生雜散光；彩色還原效果變差。2/3/202362§3-5光學(xué)系統(tǒng)透過(guò)率測(cè)試技術(shù)定義：光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率光學(xué)系統(tǒng)的光譜透過(guò)率光學(xué)系統(tǒng)白光透過(guò)率考慮照明光源、光學(xué)系統(tǒng)、接收器的總的透過(guò)率出射的光通量