基本色度学及相关知识概要

第二章基本色度学及相关知识色刺激（Colourstimulus）引起颜色知觉的光。表色系（Colourspecificationsystem）由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系。混色系基于心理物理色而建立起来的表色系，如1931CIE—XYZ系统。显色系将颜色按照感知色的特征在颜色空间进行有序排列所构成的系统，如孟塞尔颜色系统。第一节CIE标准色度学系统混色系与显色系之间的关系混色系显色系颜色的辨别心理物理色知觉色辨别的基准心理物理学概念心理概念辨别的依据以色感觉建立的表色系以知感觉建立的表色系表色原理光的混合标准物体色（如色卡）表色对象色光（包括物体反射光）物体表面色表色方法CIE光谱三刺激值色调、明度、饱和度标准照明体“照明体”：指特定的光谱能量分布，这一光谱能量分布不一定由一个光源直接提供，也不一定能用特定光源来实现。“光源”：指真实存在的物理辐射体。CIE推荐使用过的标准照明体：标准照明体A、B、C和D。一、光源标准照明体A标准照明体A是相当于黑体加温到2855.6K时所辐射出的光，它的色度坐标落在了CIE1931色度图的普朗克轨迹上。相对光谱功率分布曲线标准照明体B标准照明体B代表相关色温约为4874K的直射阳光，它的色度坐标紧靠普朗克轨迹。相对光谱功率分布曲线标准照明体C标准照明体C代表相关色温大约为6774K的平均日光，其光色近似阴天天空的日光，色度坐标位于普朗克轨迹的下方。相对光谱功率分布曲线标准照明体D标准照明体D代表了各种时相日光的相对光谱功率分布，亦称为典型日光或重组日光。它是由一条位于普朗克轨迹上方的一条典型日光色度轨迹。标准照明体D与实际日光具有比较相近的相对光射功率分布，并且比标准照明体B、C更符合实际日光的色度坐标，因此CIE优先推荐了标准照明体D65(相当于相关色温大约为6504K的日光)。在不能应用D65时，尽量采用标准照明体D50(相关色温5000K)、D55(相关色温5500K)和D75(相关色温:7500K)D50、D55和D75的相对光谱功率分布曲线类型照明体色度坐标相关色温xyK标准F10.31310.33716430F20.37210.37514230F30.40910.39413450F40.44020.40312940F50.31380.34526350F60.37790.38824150宽带F70.31290.32926500F80.34580.35865000F90.37410.37274150三窄带F100.34580.35885000F110.38050.37694000F120.43700.40423000F照明体红绿蓝试验光白背景观测角限制屏EYE黑色隔板测试滤色片2º二、标准色度观察者三、物体的光学性质物体受到光的照射后，能够吸收全部或部分波长范围光的能量，并将吸收的光能转化为热能，其余波长的光被反射或透射出去，作用于人眼后产生颜色的感觉。它们所表现的颜色，就是被吸收光的补色。（一）吸收（二）反射镜面反射发生于平而光滑的表面，当光以某种角度照射在这种平面上，则以相同角度(与样品表面法线的夹角)反射出一部分光，而且与入射光的波长无关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。漫反射一般发生在不平且粗糙的表面上，入射光以很多不同的角度被反射出来。漫反射也可由光滑表面下面的散射引起。大部分半透明体及不透明体的平滑表面，同时具有镜面反射和来自表面下散射引起的漫反射。（三）透射透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。（1）没有吸收和散射，全部透过，无色透明体；（2）没有吸收，部分光被散射，部分被透过，白色半透明体；（3）全部被反（散）射，没有吸收透过，白色不透明体；（4）全部吸收，无反（散）射，无透过，黑色不透明体；（5）透过、吸收和散射作用都存在，有色的半透明体；（6）部分吸收，部分透过，没有散射，透明有色体；（7）部分吸收，部分反（散）射，无透过，有色不透明体。400460520580640700402006080100ABC波长(nm)反射率(%)D蓝色和红色染料染样品的反射率曲线A—艳蓝色染料1%（owf）B—艳蓝染料2%（owf）C—深蓝色染料D—红色染料第二节颜色的测量和计算用物体的光谱反射率因数（spectralreflectancefactor）来表示它对光源的吸收和反射特性。光谱反射率因数（spectralreflectancefactor）的定义：在给定的立体角、限定的方向上，待测物体反射的辐通量与在相同照明、相同方向上完全反射漫射体反射的辐通量之比。二、光谱光度仪的结构特点(1)—样品测量孔(2)—漫反射积分球(3)—脉冲氙灯(4)—D65滤光片(5)—UV滤光装置(6)—样品测量光束(7)—样品测量接收器(8)—参比测量光束(9)—参比光束接收器(10)—镜面反射阱(11)—透射样品放置槽(12)—电子计算机（12）电子计算机光电二极管（一）仪器内测量用光源钨丝灯脉冲氙灯最佳的仪器内照明光源应为高强度脉冲氙灯，而且通过滤光片模拟D65标准照明体的光谱功率分布。（二）照明和测量条件1971年CIE正式推荐了几种测色标准照明和观察条件，统一了颜色测量和评价方式、减少照明和观察条件对光谱反射函数实测结果的精确度的影响、提高测量精度。45°/垂直（45/0）样品被一束或多束光照明，照明光束的轴线与样品表面的法线成45±5°，观察方向与样品的法线之间的角度不超过10°，照明光束的任一光线和照明光轴之间的夹角不超过8°，观察光束在观察中也应该遵守同样的限制。垂直/45°（0/45）照明光束的轴线与样品表面的法线之间的角度不超过10°，照明光束的任一光线和照明光轴之间的夹角不超过8°，观察光束在在观察中也应该遵守同样的限制。漫射/垂直（d/0）用积分球照明样品，样品的垂直线和光测轴之间的夹角不应超过10°，积分球的直径可以是任意大小，但其开孔的总面积不能超过积分球内部反射总面积的10％，观察光束的任一光线和观察轴之间的夹角不应超过5°。垂直/漫射（0/d）照明光束的轴线与样品表面的法线之间的角度不超过10°，反射通量由积分球来聚集，照明光束的任一光线和照明光轴之间的夹角不超过5°，积分球的直径可以是任意大小，但开孔的总面积不能超过积分球内部反射总面积的10％。光泽吸收阱（三）单色器作用：将复色光分解成单色光，再由光电检出器按相应的波长检出。经单色器分光后出来的单色光照射到光电检出器上转变成电信号，电信号经模/数转换成为计算机可以处理的数据。（四）光电检出器品牌产品型号爱色丽（X-Rite）CE7000A，colori7,colori5,CE2180，CE-XTH,CE-XTS，SP60/62/64德塔颜色（Datacolor）SF650，SF600,SF550，SF400，DF110，DF245亨特立（HunterLab）UltraScanPro，UltraScanVIS，ColorQuestXE，MiniScanXE，LabScanXE柯尼卡美能达（KonicaMinolta）CM-3700d，CM-3600d，CM3500d，CM2600d，CM2300d，CM2500c光谱光度仪的常见品牌和型号三原色光：红（R）700nm绿（G）546.1nm蓝（B）435.8nm确定三原色光的理由：700nm是可见光谱的红色末端，而546.1nm和435.8nm是两个较为明显的汞亮线谱，三者比较容易从光谱中精确地分离出来。五、CIEXYZ系统色度计算方法某一光源的光谱功率分布函数光谱三刺激值与波长的关系函数在某一波长λ的三刺激值为有：SrgbdrKSrddgKSgddbKSbd（一）RGB与XYZ的计算方法rgb在可见光谱范围内进行积分，即得到该光源的三刺激值：drKSrdgKSgdbKSb700()()()400700()()()400700()()()400XkSRxdYkSRydZkSRzd700()()400100kSyd（二）CIE色度坐标及色度图ZYXZzZYXYyZYXXxCIE1931x,y色度图CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线色度图上颜色的大致分布CIE1964补充标准色度学观察者三刺激值曲线CIE1964补充标准色度系统色度图CIE1931系统与CIE1964系统观察者光谱三刺激值曲线比较主波长与色纯度计算CIE1931标准色度系统、CIE1964补充标准色度系统，完成了用数字表示颜色的目的，但很难将日常生活中见到的颜色与数字联系起来。Y＝30，x＝0.3927，y＝0.1892是什么颜色？结合颜色的三属性（色调、明度、饱和度）提出了与颜色三属性有关联的一些概念：主波长兴奋纯度亮度纯度主波长颜色的主波长大致相当于视神经感觉到的颜色的色调。在CIE色度图上分别标出颜色样品和光源的色度点（即色度坐标），连接两点做一直线，并从光源向样品色度点的方向延长与光谱轨迹相交，这一交点的波长就是该颜色样品的主波长。如图，M和O分别为样品颜色（M）和CIE光源C的色度点，连接两色度点，其直线的延长线与光谱轨迹相交与519.4nm处，519.4nm就是样品M的主波长。不是所有的颜色样品都有主波长。在色度图上光谱两端与光源色度点形成的三角形区域（紫色区）内的颜色，如图中的N点，就没有主波长。N和O点连，由O端的延长线与光谱的相交点（495.7nm）就是颜色（N）的补色波长。为区分主波长和补色波长，在补色波长前加一负号，或后面加“C”来表示，样品N的主波长可写成“－495.7nm”或“495.7cnm”也以写成“λc=495.7nm”。BACK兴奋纯度样品的颜色接近主波长光谱色的程度，称为该样品颜色的纯度。色度图上，用光源点到样品色度点的距离与光源点到主波长色度点（或补色波长色度点）的距离的比率来表示纯度（彩色，饱和度）时，称兴奋纯度。兴奋纯度表示了同一个主波长的光谱色被光源冲淡后所具有的饱和度。兴奋纯度的引入解决了在不同光源下，将不同颜色样品的饱和度进行比较的问题。O：光源色度点M：样品色度点L：M的主波长色度点0000yyyyxxxxOLOMPe兴奋纯度：例：图中，颜色（M）的色度坐标为（x=0.223、y=0.503），光源O的色度坐标为（x0=0.310、y0=0.316），求颜色（M）在光源O的照射下的兴奋纯度。样品颜色（M）的主波长519.4nm查等能光谱轨迹色度坐标表，光谱色519.4nm的色度坐标值约为：yλ=0.834则有：361.0316.0834.0316.0503.000yyyyPe即样品颜色（M）的兴奋纯度为36.1％BACK亮度纯度若样品颜色的纯度用亮度表示，就称其为亮度纯度（Pc），或称色度纯度。亮度纯度表示主波长的光谱色在样品颜色中所占的亮度比重。亮度纯度无法在色度图上表示，但可以通过计算得出：yyPyyyyyyyyxxxxPec0000yyPyyyyyyyyxxxxPec0000用主波长和兴奋纯度的方法来表示颜色，可给人以具体的印象，表明了一种颜色的色调和饱和度的概略情况。（C1）：386.0546.011yx，（C2）：220.5260.392xy，光源O：oo0.3100.316xy，在CIE1931色度图上找到样品（C1）和（C2）的主波长nmC0.5941nmC0.5922计算可得到：%821）（ceP%782）（ceP（C1）比（C2）较稍显橙色，且（C1）有较大的饱和度。（三）CIELAB色空间CIE1931标准色度图上的色点之间的距离，与人的视觉对颜色变化的判断不等效。CIE1931标准