第九章-色度的测量及其仪器

第九章色度的测量及其仪器主讲：王元樟博士E-mail：[e-mail]标准色度系统——客观测量物体颜色的基础——三刺激值测色仪器根据获得三刺激值的方式不同可分为两类：分光测色仪器和色度计。分光测色仪特点：测量物体的光谱反射或光谱透射特性，并不直接测量颜色的三刺激值。选用CIE标准照明体和标准观察者，通过积分计算求得颜色的三刺激值。分类：分光光度计根据其结构特征可分为单光束分光光度计和双光束分光光度计两种。在全自动快速光谱分析中，多采用双光束分光光度计，双光束分光光度计又有不同结构及工作原理，最常见的是双光束光学自动平衡系统和双光束电学平衡系统。典型的双光束电学平衡式分光光度计的光学系统颜色测量的标准化颜色测量条件必须标准化，测量结果才有可比性！1.测量样品三刺激值时，照明光源选择标准照明体，A,C,D652.选用标准观察者，小视场选用CIE1931标准色度观察者，大视场选用CIE1964标准补充色度观察者3.标准照明观察条件。透射样品测量，采用对样品表面垂直方向照明，透射方向探测。反射样品测量，CIE1931推荐四种：1.0/45垂直/452.45/045/垂直3.0/d垂直/漫射4.d/0漫射/垂直分光测色仪器的组成照明光源单色器光度计量部分输出装置等测色分光光度计的特点测反射样品为主，兼顾透射样品常规测色局限为可见光范围对仪器波长精度和分辨率要求较低，对光度准确度要求较高测量光路必须满足测量颜色对样品的照明观察条件的规定数据处理复杂，常由软件计算颜色参数分光测色仪器分类目视分光测色仪器光电分光测色仪器色度计特点：通过直接测得与颜色的三刺激值成比例的仪器响应数值，换算出颜色的三刺激值，其响应类似人眼视觉系统。色度计由仪器内部光学模拟积分获得三刺激值，即用滤色镜来校正仪器光源和探测元件的光谱特性，使输出的电信号大小正比于颜色的三刺激值。光电色度计的组成照明光源校正滤色器（关键所在）探测器卢瑟（Luther）条件当校正滤色器的光谱透射比满足卢瑟条件时色度计才能实现光学模拟的目的。校正滤色器的光谱透射比光电色度计的功能实现及定标见课本P246，P120目视色度计构造原理由操作者观察两个并置视场，一个由已知的三原色光混合而成，另一个为待测色，调节三原色光的光度达到与待测色匹配，再由三原色的光度量求得待测色的三刺激值。光电色度计的构造原理彩色亮度计BM-2光电色度计光学系统图光源颜色特性的测量光源的颜色特性：人眼直接观察光源时所看到的颜色，可用三刺激值和色品坐标表示评价物体在光源照明下所呈现颜色效果，用显色指数表示光源的颜色特性只决定于光源辐射的光谱分布（三刺激值、色品坐标、相关色温和显色指数）光谱辐射计测量对象是光源，因此对波长准确度和波长分辨率要求高比较测量的标准不是标准白板和空气，而是经过精确定标的已知光谱分布的标准光源（黑体、钨带灯、钨丝灯等）测量光源光谱分布的标准初级标准：各种温度的黑体次级标准：通过黑体标定的钨带灯和专用钨丝灯。其中钨带灯可与黑体进行比较定出其光谱辐亮度值而作为测量光谱辐亮度的标准；而专用钨丝灯则可与黑体进行比较定出其光谱辐照度值，从而作为测量光谱辐照度的标准。光谱辐射计的组成入射部分（标准光源和待测光源交替，测光谱辐亮度与光谱辐照度的入射部分不同，原因？）单色仪光度计量部分输出装置荧光材料的颜色测量荧光材料的特点：只在其他光源照射下才有光发射。其与一般物体的区别：不仅能反射一部分照射光的光谱成分，而且在照明光的激发下能发射在照明光束中不存在的一定成分光谱的辐射。荧光材料的颜色决定于它反射和发射光谱的总和，其中发射光谱往往起主要作用。常用的荧光材料颜色测量方法单色光激发测量法复合光照射测量法单色光激发测量法原理：通过激发单色仪给样品以某一特定波长µ的单色光照射，然后用分析单色仪来测量可见波段各波长λ的辐亮度因数β(λ,µ)。对于不同的入射波长测得相应的辐亮度因数β(λ,µ)，可得当入射辐射光谱分布为S(µ)时，荧光材料在波长λ的反射和发射的相对光谱分布R(λ)由上可得荧光材料的三刺激值复合光照射测量法特点：激发光源由复合光源直接照明。直接测得荧光材料在测试所用光源照射下的光谱辐亮度因数β(λ)，从而计算出三刺激值。结果只局限于特定光源照射的客观效果，无法推算在另一光源下此荧光材料的颜色特性。复合光照射测量法原理白度的测量白度定义的多样性一般来说，当物体表面对可见光谱内所有波长的反射比都在80%以上，可认为该物体的表面为白色。白度的表达式单波段白度公式W=GW=BW=R457（ISO白度）多波段白度公式Taube公式：W=4B-3G黄度指数：W=(A-B)/GA,G,B对应于红、绿、蓝区的反射比，使用相应的滤色片修正的红、绿、蓝探测器测量出的反射比值，它们与三刺激值之间的关系式为X=fXAA+fXBB，Y=G，Z=fZBB以明度L（或光反射比Y）和纯度表示的白度公式：W=(Y-KPc2)1/2与色差概念有关的白度公式亨特白度：CIE1964W*U*V*色空间：基准白：理想漫反射体（未使用荧光增白剂FWA）CIE(1982)白度公式白度W和白色泽TW其中W或W10应大于40和小于(5Y-280)或(5Y10-280)；TW或TW10应大于-3和小于+3白度的测量测量样品的三刺激值：分光测量法测光谱辐亮度因数来计算或用光电色度计直接读出三刺激值。对荧光样品测量时要注意不仅要考虑可见光范围内符合标准照明体的光谱分布，还必须注意能引起荧光激发的整个紫外区域内也要符合标准照明体的光谱分布通过建立在三刺激值基础上的白度公式计算出白度值。