第四章 光源及其顏色特性課件

第四章光源及其顏色特性3_第四章光源及其顏色特性光源光源是發(fā)光體，指能輻射可見(jiàn)光的發(fā)光體人工光源（日光燈、白熾燈）自然光源（太陽(yáng)光）光源的顏色特性色表人眼直接觀察光源所看到的光源顏色，即光源發(fā)出的光的顏色顯色性光源發(fā)出的光照到物體上后，反（透）射光顯現(xiàn)物體顏色的能力3_第四章光源及其顏色特性輻射量度學(xué)與光度學(xué)輻射量度學(xué)對(duì)光輻射能量的計(jì)量光源輻射的能量單位為焦耳（J）光源在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一面積發(fā)射、傳遞或接收的輻射能量為輻射通量（Φe），單位為瓦（W）輻射通量并不反映能量引起的人的主觀視覺(jué)強(qiáng)度光度學(xué)對(duì)可見(jiàn)光的能量的計(jì)量光源在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一面積的可見(jiàn)光能量為光通量（Φv），單位為流明（lm）3_第四章光源及其顏色特性輻射量度學(xué)與光度學(xué)光譜光視效率就是輻射能轉(zhuǎn)化為人眼可見(jiàn)光的程度，隨光譜波長(zhǎng)不同而不同，實(shí)際上就是不同波長(zhǎng)光通量與輻通量之比。V（λ）是隨波長(zhǎng)變化的函數(shù)，即光譜光視效率函數(shù)或視見(jiàn)函數(shù)；K為輻射能光當(dāng)量，其值由實(shí)驗(yàn)求得，K=683流明/瓦；Φv(λ)為光能量；Φe(λ)為輻通量。3_第四章光源及其顏色特性光度學(xué)有關(guān)物理量立體角一個(gè)任意形狀的封閉錐面所包含的空間單位立體角：以錐頂為球心，r為半徑做一球，錐面在球面上截出的面積為r2,則該立體角為一個(gè)立體角或球面度（sr）。記為dΩ=ds/r2,整個(gè)球的立體角為4πr2/r2=4π3_第四章光源及其顏色特性光度學(xué)有關(guān)物理量發(fā)光強(qiáng)度（I）點(diǎn)光源在某一方向上單位立體角dω內(nèi)發(fā)出的光能量單位cd（坎德拉）發(fā)光強(qiáng)度為1cd的點(diǎn)光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為1lm3_第四章光源及其顏色特性光度學(xué)有關(guān)物理量面發(fā)光度（L）面光源上微小面積ds在單位面積內(nèi)發(fā)出的光通量單位lx(勒克斯)或lm/m23_第四章光源及其顏色特性光度學(xué)有關(guān)物理量光照度（E）被照明表面單位面積接受的光通量單位lx(勒克斯)或lm/m2。點(diǎn)光源照射一面積時(shí)，表面的光照度與點(diǎn)光源發(fā)光強(qiáng)度成正比與光源到被照體距離平方成反比與光源線和被照體法線所成角的余弦值成正比。3_第四章光源及其顏色特性光度學(xué)有關(guān)物理量光亮度（B）發(fā)光體表面不同位置和不同方向的發(fā)光特性，發(fā)光面積ds的面光源在給定方向上立體角內(nèi)發(fā)生的光通量為光亮度單位nt(尼特)或sb（熙提），1sb=104nt。黑體輻射器是理想的余弦發(fā)射體。3_第四章光源及其顏色特性光源的光譜能量分布絕對(duì)光譜能量分布曲線以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以光源輻射的各種波長(zhǎng)光的光譜密度絕對(duì)值為縱坐標(biāo)所作的曲線相對(duì)光譜能量分布布曲線以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以光源所輻射的各種波長(zhǎng)光的光譜密度相對(duì)值為縱坐標(biāo)所作的曲線。光譜密度相對(duì)值得到辦法取波長(zhǎng)555nm處的輻射能量為100，作為參考點(diǎn)進(jìn)行量化令光譜分布能量的最大值為1，進(jìn)行量化3_第四章光源及其顏色特性光源相對(duì)光譜能量分布曲線光源相對(duì)光譜能量分布，記為S(λ)每種光源都有自己的相對(duì)光譜能量分布曲線，知道了光源的相對(duì)光譜能量分布，就知道了光源的顏色特征光源的顏色特性取決于發(fā)出的光線不同波長(zhǎng)相對(duì)能量比例，與光譜密度決對(duì)值無(wú)關(guān)，絕對(duì)值的大小只反映光的強(qiáng)弱，不會(huì)引起光源顏色的變化3_第四章光源及其顏色特性光源相對(duì)光譜能量分布曲線相對(duì)光譜能量分布曲線的類型連續(xù)光譜：太陽(yáng)光、白熾燈線光譜：激光混合光譜：熒光燈3_第四章光源及其顏色特性白光的定義理論上，等量R+G+B=W，即白光的各波長(zhǎng)色光的輻射能量應(yīng)該一致但實(shí)際中，沒(méi)有一種光源的能量分布是完全一致的，也沒(méi)有一種完全的白光。1931年國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）建議，以等能量光譜作為白光的定義。等能量的白光的意義是以輻射能作縱坐標(biāo)，光譜波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，則它的光譜能量分布曲線是一條平行于橫軸的直線，即S(λ)=C（常數(shù)）3_第四章光源及其顏色特性黑體輻射黑體如果一個(gè)物體能夠在任何溫度下全部吸收任何波長(zhǎng)的輻射，那么這個(gè)物體稱為絕對(duì)黑體。黑體在某一溫度下，有最大的輻射、吸收能力。天然的、理想的絕對(duì)黑體是不存在的。3_第四章光源及其顏色特性黑體輻射黑體輻射的發(fā)射本領(lǐng)只與溫度有關(guān)。一個(gè)黑體若被加熱，其表面按單位面積輻射光譜能量的大小及其分布完全決定于它的溫度。黑體被加熱到不同溫度時(shí)發(fā)出的光的顏色不同。任一光源發(fā)出的光的顏色與黑體加熱到一定溫度下發(fā)出的光的顏色相比較，來(lái)描述光源的光色。模擬黑體3_第四章光源及其顏色特性黑體輻射黑體輻射特性隨著溫度上升，黑體的輻射本領(lǐng)迅速增大隨著溫度上升，輻射的主波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)（紅-黃-白-藍(lán)）3_第四章光源及其顏色特性黑體輻射黑體輻射特性隨著溫度上升，黑體的光譜能量分布曲線不同，但綠光幾乎不變?cè)谏认到y(tǒng)中，黑體不同溫度具有不同的色度坐標(biāo)3_第四章光源及其顏色特性光源的色溫色溫色溫是描述光源發(fā)出光的顏色的指標(biāo)，當(dāng)某一種光源的相對(duì)光譜能量分布曲線與黑體某一溫度的相對(duì)光譜能量分布曲線一致時(shí)，該光源的光色可以用這一溫度值來(lái)表示，稱為色溫。色溫用絕對(duì)溫度“K”表示（T(K)=t(℃)+273）相關(guān)色溫當(dāng)某一光源的色度與某一溫度下的黑體的色度最接近，可以用這個(gè)溫度來(lái)表示光源的光色，稱為相關(guān)色溫。3_第四章光源及其顏色特性光源的色溫色溫表征了光源的光譜特性，與光源溫度無(wú)關(guān)，只與光源的光譜成分有關(guān)。色溫低的光源，藍(lán)光成分少，紅光成分多；色溫高的光源，藍(lán)光成分多，紅光成分少。相對(duì)光譜能量分布曲線是用系列數(shù)據(jù)或曲線圖的形式來(lái)表示光源的光色，而色溫卻是用單一性的量值來(lái)表示一種光源的光色。3_第四章光源及其顏色特性光源的色溫陽(yáng)光的色溫日落前后：2000-4500K，中午餐：5000-7000K，晚上：2800K以下（火焰）3_第四章光源及其顏色特性光源的色溫不同光源的光譜組成及色溫光源種類RGB色溫中午陽(yáng)光33%34%33%5400K鏑燈33%以下33%以下34%以上5500-6000K碘鎢燈47%34%19%3000-3400K白熾燈50%34%16%2900K3_第四章光源及其顏色特性彩色攝影對(duì)色溫的要求彩色膠片分日光型片和燈光型片日光型片：室外日光下拍攝，要求色溫5400～5600K，如果色溫低或在室內(nèi)拍攝，會(huì)使照片偏黃。燈光型片：室內(nèi)拍攝，要求色溫2800～3200K，如果色溫高或在室內(nèi)拍攝，會(huì)使照片偏藍(lán)。3_第四章光源及其顏色特性印刷工業(yè)對(duì)色溫的要求在印刷復(fù)制中，光源色溫對(duì)復(fù)制效果影響較大。分色用光源的色溫應(yīng)與分色膠片的感色性相匹配。分色光源的色溫在5000-6500K，其光譜能量分布較符合制版分色的要求印刷時(shí)用于看樣的照明光源，色溫以5000K或6500K為好。3_第四章光源及其顏色特性顯示器的色溫顯示器色溫反映屏幕上白色區(qū)域的色彩平衡（白平衡），色溫低屏幕色偏黃，色溫高則偏藍(lán)LCD顯示器的色溫為6500KCRT顯示器色溫9300K（老顯示器）7500K6500K（新型顯示器、Mac機(jī)顯示器）5000K印前使用的顯示器要求色溫為6500K或5000K3_第四章光源及其顏色特性標(biāo)準(zhǔn)照明體與標(biāo)準(zhǔn)光源測(cè)量物體表面顏色，必須在一定的光源下進(jìn)行，為統(tǒng)一顏色測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，CIE規(guī)定了色度學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源。標(biāo)準(zhǔn)照明體指特定的光譜功率分布，這個(gè)分布不是必須由一個(gè)光源直接提供，也不一定用一個(gè)光源來(lái)完成。標(biāo)準(zhǔn)光源實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對(duì)光譜能量分布的光源。3_第四章光源及其顏色特性CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體CIE規(guī)定了四種標(biāo)準(zhǔn)照明體的色溫標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)照明體A：代表完全輻射體在2856K發(fā)出的光，鎢絲燈光，其光色偏黃標(biāo)準(zhǔn)照明體B：代表相關(guān)色溫約為4874K的直射陽(yáng)光，表示中午平均直射陽(yáng)光標(biāo)準(zhǔn)照明體C：代表相關(guān)色溫大約為6774K的平均日光標(biāo)準(zhǔn)照明體D：代表標(biāo)準(zhǔn)照明體D65以外的其它日光標(biāo)準(zhǔn)照明體D65：代表相關(guān)色溫大約為6504K的日光3_第四章光源及其顏色特性CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體3_第四章光源及其顏色特性CIE標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源A：色溫2856K的充氣鎢絲燈，推薦使用熔凝石英或玻璃帶石英窗口的充氣鎢絲燈。標(biāo)準(zhǔn)光源B：A光源加一組特定的戴維斯-吉伯遜液體濾光器。標(biāo)準(zhǔn)光源C：A光源加另一組特定的戴維斯-吉伯遜液體濾光器。3_第四章光源及其顏色特性標(biāo)準(zhǔn)照明體D的確定和模擬標(biāo)準(zhǔn)照明體D也叫典型日光或重組日光。CIE推薦用D50（5004K）、D55（5503K）、D65（6504K）、D75（7504K）的相對(duì)光譜功率分布作為代表日光的標(biāo)準(zhǔn)照明體。在可能情況下盡量用D65D50、D65印前常用D75偏藍(lán)，主要用于印染行業(yè)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)照明體D的模擬至今還不能完全復(fù)制出它的相對(duì)光譜功率分布，用人工光源加濾光器目前只能在一定程度上進(jìn)行模擬。3_第四章光源及其顏色特性標(biāo)準(zhǔn)照明體D的確定和模擬現(xiàn)在正在研制3種模擬D65的人工光源：帶濾光器的高壓氙弧燈，能最好模擬D65的人工光源；帶濾光器的白熾燈，在紫外區(qū)的模擬不理想；熒光燈，相對(duì)光譜功率分布與D65的分布相差較大。3_第四章光源及其顏色特性光源的顯色性顯色性的含義光源的顯色性是指與參考標(biāo)準(zhǔn)光源相比較，光源顯現(xiàn)物體顏色的特性。光源的顯色性是由光源的光譜能量分布所決定的。連續(xù)光譜的光源，如日光、白熾燈光具有較好的顯色性；線狀、帶狀的非連續(xù)光譜，或既有連續(xù)又有線狀的混合光譜的光源顯色性不好，顏色失真情況嚴(yán)重。3_第四章光源及其顏色特性光源的顯色性光源的顯色性和色溫都不能由光源的光譜功率分布所決定，但它們之間并沒(méi)有必然的聯(lián)系，色溫的高低并不決定顯色性的高低。對(duì)于從事色彩設(shè)計(jì)及復(fù)制的行業(yè)來(lái)說(shuō)，光源的色溫及顯色性都是光源重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而光源的顯色性具有更重要的意義。3_第四章光源及其顏色特性光源的顯色性的定量評(píng)價(jià)光源的顯色性的定量評(píng)價(jià)方法選定標(biāo)準(zhǔn)參考光源：被測(cè)光源的色溫最好與標(biāo)準(zhǔn)光源一致，否則無(wú)比較意義。低色溫光源（色溫<5000K)用普朗克輻射體作參考光源；高色溫光源（色溫>5000K）用標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參考光源。選定試驗(yàn)色樣：國(guó)內(nèi)選定包括膚色在內(nèi)的15個(gè)色樣計(jì)算在評(píng)價(jià)光源下試驗(yàn)色樣的色度值，與標(biāo)準(zhǔn)參考光源下的色度值比較，計(jì)算色差，確定顯色指數(shù)評(píng)價(jià)光源顯色性：顯色指數(shù)在75-100間為優(yōu)質(zhì)顯色光源，50-75為中等，50以下為差。3_第四章光源及其顏色特性光源的顯色性的定量評(píng)價(jià)選定試驗(yàn)色樣：國(guó)內(nèi)選定包括膚色在內(nèi)的15個(gè)色樣（前8個(gè)包括了所有孟塞爾顏色空間的色相，后7個(gè)為特殊色）顯色指數(shù)Ri：特殊顯色指數(shù)，光源對(duì)某一選定的標(biāo)準(zhǔn)色樣的顯色指數(shù)Ra：一般顯色指數(shù)，光源對(duì)前8個(gè)色樣特殊顯色指數(shù)平均值被測(cè)光源的顯色性與標(biāo)準(zhǔn)參考光源相同時(shí)顯色指數(shù)為100；有差異時(shí)顯色指數(shù)小于100，越大顯色性越好。光源的顯色性的定量評(píng)價(jià)ΔE為同一色樣在不同光源下的色差3_第四章光源及其顏色特性不同的光源的顯色性光源相關(guān)色溫色表顯色指數(shù)Ra顯色性白熾燈（500W）2900K不好95-100好碘鎢燈（500W）2700K好95-100好溴鎢燈（500W）3400K好95-100好熒光燈（白色40W）6600K好70-80不好外鎮(zhèn)高壓汞燈（400W）5500K好70-80不好內(nèi)鎮(zhèn)高壓汞燈（450W）4400K好30-40不好鏑燈（1000W）4300K好85-95發(fā)高壓鈉燈（400W）1900K不好20-25不好氙燈6500K左右好94好3_第四章光源及其顏色特性印刷照明光源和觀察條件光源要有一定的光照度，色溫、顯色性和均勻性也有要求觀察樣品的照明光源Ra>90，Ri>80觀察反射樣品光源采用D65模擬光源，漫射光，照度均勻度>80%，照度在500~1500lx之間觀察透射樣品光源采用D50模擬光源，散射光，照度均勻度>80%，光亮度1000±250cd/m23_第四章光源及其顏色特性印刷照明光源和觀察條件標(biāo)準(zhǔn)光源反射樣品標(biāo)準(zhǔn)光源透射樣品標(biāo)準(zhǔn)光源3_第四章光源及其顏色特性印刷照明光源和觀