光度学和色度学基础课件.ppt

1、 （1）可见光是波长在可见光是波长在3.810-77.610-7m 的电磁的电磁辐射，描述电磁辐射的物理量，即辐射，描述电磁辐射的物理量，即辐射量辐射量，也可用来，也可用来描述可见光；描述可见光；第一节 辐射量和光学量及其单位 可以用辐射量和光学量这两种量值系统来度量可可以用辐射量和光学量这两种量值系统来度量可见光。（见光。（1）把可见光做为纯物理现象来研究时，采用）把可见光做为纯物理现象来研究时，采用辐射量量值系统；（辐射量量值系统；（2）研究与人的视觉有关问题时，）研究与人的视觉有关问题时，采用光学量量值系统更方便。采用光学量量值系统更方便。分清两点：分清两点： （2）可见光是能对人的视觉

2、形成刺激，并能被人感可见光是能对人的视觉形成刺激，并能被人感受的电磁辐射。因而人们很自然地用视觉受到刺激的受的电磁辐射。因而人们很自然地用视觉受到刺激的程度，即视觉感受来量度可见光。按视觉响应原则建程度，即视觉感受来量度可见光。按视觉响应原则建立的表征可见光的量称作立的表征可见光的量称作光学量。光学量。关于立体角关于立体角立体角：立体角：立体角的度量：立体角的度量： 单位：球面单位：球面(角角)度，英文度，英文steradsterd或或steradianstireidin，简写，简写sr立体角的计算：立体角的计算：一、辐射量一、辐射量1、辐射能、辐射能 Qe 以电磁辐射形式发射、传输或接收的能

3、量称做辐射以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量称做辐射能，常用字符能，常用字符Qe表示，单位：焦表示，单位：焦耳耳（J）。）。 内的字，是在内的字，是在不致混淆的情况不致混淆的情况下可以省略的字下可以省略的字2、辐、辐射能射能通量通量e 单位时间内单位时间内发射、传输或接收的辐射能称之为辐通发射、传输或接收的辐射能称之为辐通量，常用字符量，常用字符e表示，单位：瓦表示，单位：瓦特特(W)，定义式：，定义式：dtdQee（5-1）3、辐、辐射射出出射射度度Me 辐射源辐射源单位发射面积单位发射面积发出的发出的辐通量辐通量定义为辐射源的定义为辐射源的辐出度，以辐出度，以Me表示，单位：瓦表示，单位

4、：瓦特特每平方米每平方米(W/m2)。定义式：定义式： dAdMee（5-2）4、辐、辐射射照度照度Ee 辐射照射面辐射照射面单位受照面积上单位受照面积上接受的辐通量，以字符接受的辐通量，以字符Ee表示，单位：瓦表示，单位：瓦特特每平方米每平方米(W/m2) 。定义式：。定义式：5、辐、辐射射强度强度Ie 点辐射源向各方向发出辐射，在某一方向，在点辐射源向各方向发出辐射，在某一方向，在元立元立体角体角d内发出的辐通量为内发出的辐通量为de e，则辐强度，则辐强度Ie为为dAdEee（5-3）ddIee（5-4）单位：瓦单位：瓦特特每球面度每球面度(W/sr)。 注 ： 球 面注 ： 球 面 (

5、 角角 ) 度度 是 立 体 角 单 位 ， 英 文是 立 体 角 单 位 ， 英 文steradsterd或或steradianstireidin，简写，简写sr6、辐、辐射射亮度亮度Le 为表征有限尺寸辐射源辐通量的空间分布，采用为表征有限尺寸辐射源辐通量的空间分布，采用“辐辐亮度亮度”这样一个辐射量。元面积为这样一个辐射量。元面积为dA的辐射面，在和的辐射面，在和表面法线表面法线N成成角方向，在元立体角角方向，在元立体角d内发出的辐通量内发出的辐通量为为d e e，则辐亮度，则辐亮度Le为为ddAdLeecos（5-5）单位：瓦单位：瓦特特每球面度平方米每球面度平方米 (W/(srm2)

6、。ddAcosdANde二、光学量二、光学量1、光通量、光通量 v 标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量称为光通量，标度可见光对人眼的视觉刺激程度的量称为光通量，以字符以字符v表示，单位：流表示，单位：流明明（lm）。）。 2、光出射度、光出射度Mv 光源光源单位发光面积发出的光通量单位发光面积发出的光通量，以字符，以字符Mv表示。表示。单位：流单位：流明明每平方米每平方米(lm/m2)。定义式：。定义式：dAdMvv（5-6）3、光照度、光照度Ev 单位受照面积接受的光通量，以字符单位受照面积接受的光通量，以字符Ev表示，单位表示，单位：勒：勒克斯克斯（lx），），1lx=1lm/m2。定义式

7、：。定义式： dAdEvv（5-7）4、发光强度、发光强度 I Iv 点光源向各方向发出可见光，在某一方向，在点光源向各方向发出可见光，在某一方向，在元立元立体角体角d内发出的光通量为内发出的光通量为d v v，则点光源在该方向上，则点光源在该方向上的发光强度的发光强度Iv为为: ddIvv（5-8） 单位：坎单位：坎德拉德拉（cd）。）。 关于发光强度的单位：关于发光强度的单位：1979年第十六届国际计量大年第十六届国际计量大会对发光强度的事位坎德拉作了明确的规定：会对发光强度的事位坎德拉作了明确的规定：“一个一个光源发出频率为光源发出频率为5401012Hz（赫兹）的单色光，在一（赫兹）的

8、单色光，在一定方向的辐射强度为定方向的辐射强度为1/683W/sr，则此光源在该方向上，则此光源在该方向上的发光强度为的发光强度为1坎德拉坎德拉”。 发光强度是光学基本量，是国际单位制中七个基本发光强度是光学基本量，是国际单位制中七个基本量之一。量之一。cd坎德拉I(Iv)发光强度mol摩尔n(v)物质的量K开尔文T热力学温度A电流I电流s秒t时间kg千克（公斤）m质量m米l长度单位符号单位符号单位名称单位名称物理量符号物理量符号物理量名称物理量名称国际单位制中七个基本量国际单位制中七个基本量 从发光强度的单位坎德拉可导出光通量的单位流明：从发光强度的单位坎德拉可导出光通量的单位流明：发光强度

9、为发光强度为1cd的匀强点光源，在单位立体角内发出的的匀强点光源，在单位立体角内发出的光通量为光通量为1lm。 5、光亮度、光亮度Lv 为描述有限尺寸的发光体发出的可见光在空间分布的为描述有限尺寸的发光体发出的可见光在空间分布的情况，采用光亮度这样一个光学量。发光面的元面积情况，采用光亮度这样一个光学量。发光面的元面积dA，在和发光表面法线，在和发光表面法线N成成角的方向，在元立体角角的方向，在元立体角d内发出的光通量为内发出的光通量为dv，则光亮度，则光亮度Lv为为表明，元发光面表明，元发光面dA在在方向的方向的光亮度光亮度等于元面积等于元面积dA在在方向的发光强度方向的发光强度Iv与该面元

10、面积在垂直于该方向平面与该面元面积在垂直于该方向平面上的投影上的投影cos dA之比之比.ddAdLvvcos（5-9）发光面在发光面在方向方向的发光强度的发光强度ddIvvdAILvvcos（5-10）ddAcosdANdv单位：坎单位：坎德拉德拉每平方米每平方米(cd/m2)三、光学量三、光学量 和辐射量和辐射量 间的关系间的关系（一）光谱光效率函数（一）光谱光效率函数 视觉对不同波长光有不同的灵敏度视觉对不同波长光有不同的灵敏度人眼人眼是一种可见光是一种可见光探测器探测器可见光辐射可见光辐射(用辐射量度量用辐射量度量)人眼的光感受人眼的光感受(用光学量度量用光学量度量) 光学量和辐射量间

11、的关系决定于人的视觉特性。实光学量和辐射量间的关系决定于人的视觉特性。实验表明，具有验表明，具有相同辐通量而波长不同的可见光相同辐通量而波长不同的可见光分别作分别作用于人眼，人所感受的明亮程度将有所不同，这表明用于人眼，人所感受的明亮程度将有所不同，这表明人的视觉对不同波长光有不同的灵敏度。人的视觉对不同波长光有不同的灵敏度。 人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数，称人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数，称之为之为光谱光效率函数。光谱光效率函数。 实验表明，观察场明暗不同时，光谱光效率函数实验表明，观察场明暗不同时，光谱光效率函数亦稍有不同。亦稍有不同。 国际照明委员会（国际照明委员会（C

12、ommission Internationale de LEclairage(法法)或或International Commission on Illumination(英英)，缩写，缩写CIE）根据多组测试实验结果）根据多组测试实验结果，分别于，分别于1924年和年和1951年确定并正式推荐两种光谱光年确定并正式推荐两种光谱光效率函数：效率函数：明视觉光谱光效率函数明视觉光谱光效率函数和和暗视觉光谱光效暗视觉光谱光效率函数，率函数，如图如图5-2所示。所示。 图中的函数值已图中的函数值已归一化。归一化。V( )和和V( )两者峰值所对两者峰值所对应波长有所不同，应波长有所不同，V ( ) 的

13、 峰 值 在的 峰 值 在555nm处，而处，而V()的峰值的峰值507nm处处.（二）光学量和辐射量间的关系（二）光学量和辐射量间的关系 在波长在波长 附近的小波长间隔附近的小波长间隔d 内，光通量内，光通量dv( )和和辐通量辐通量e( )之间的关系可表示为：之间的关系可表示为：明视觉条件下：明视觉条件下：暗视觉条件下：暗视觉条件下：dVKdemv)()()(（5-11）dVKdemv)()()(（5-12） Km=683lm/W为明视觉条件下波长为明视觉条件下波长=555nm、V()=1单色光的绝对光谱光效率值；单色光的绝对光谱光效率值； Km=1755lm/W为暗视觉条件下波长为暗视觉

14、条件下波长=507nm、V()=1单色光的绝对光谱光效率值；单色光的绝对光谱光效率值； 对于整个可见辐射范围内的总光通量对于整个可见辐射范围内的总光通量v，可由在，可由在整个可见光谱范围内积分求得：整个可见光谱范围内积分求得：明视觉条件下：明视觉条件下：暗视觉条件下：暗视觉条件下：780380)()(dVKemv（5-13）780380)()(dVKemv（5-14）第二节 光传播过程中光学量的变化规律一、点光源在与之距离为一、点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度 点光源点光源S，其发光强度为，其发光强度为I，在距光源为，在距光源为r处有一元面处有一元面积为积为dA的平

15、面，其法线与的平面，其法线与r方向成方向成角。点光源角。点光源S在在dA面上形成的照度为面上形成的照度为dAdE（5-15）令令d为为dA面对点面对点源源S所张的立体角，所张的立体角，2cosrdAd2cosrdAIdIdcos2rIE （5-16）SdcosdA点光源在被照表面上形点光源在被照表面上形成的照度与被照面到光成的照度与被照面到光源距离的平方成反比，源距离的平方成反比，此即此即照度平方反比定律照度平方反比定律 dAs为光源的元发光面积，它在与之距离为为光源的元发光面积，它在与之距离为r、面积、面积为为dA平面上形成光照度平面上形成光照度E，则，则二、面光源在与之距离为二、面光源在与

16、之距离为r处的表面上形成的照度处的表面上形成的照度221coscosrdALdAdEs（5-17）光源亮度光源亮度 面光源在与之距离为面光源在与之距离为r的表面上形成的光照度与光的表面上形成的光照度与光源的亮度源的亮度 L、面积、面积dAs以及两个表面的法线分别与以及两个表面的法线分别与r夹角夹角的余弦成正比，与距离的余弦成正比，与距离r的平方成反比。的平方成反比。截 面截 面 1 的的光亮度光亮度 元光管：元光管：两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间两个面积很小的截面构成的直纹曲面包围的空间.22211111111coscoscosrdAdALddALd三、单一介质元光管内光亮度的传递

17、三、单一介质元光管内光亮度的传递 考察光在元光管内传播，考察光在元光管内传播，不从侧壁溢出不从侧壁溢出，即，即无光能损失无光能损失时，时，光束在不同截面上的光亮度。光束在不同截面上的光亮度。 通过通过截面截面1的光通量等于由其发出的光通量，此量为：的光通量等于由其发出的光通量，此量为： 同理，同理，截面截面2的光通量为：的光通量为：三、单一介质元光管内光亮度的传递三、单一介质元光管内光亮度的传递dA1dA2d1d221221122222222coscoscosrdAdALddALd截 面截 面 2 的的光亮度光亮度21LL 由元光由元光管性质管性质d1=d2结论：结论：光在元光在元光管内传播，

18、光管内传播，各截面上的光各截面上的光亮度相同，即亮度相同，即光在元光管内光在元光管内传播，光束亮传播，光束亮度不变。度不变。 入射光束：入射角入射光束：入射角i，立体角为，立体角为d，在界面上的投射面积为，在界面上的投射面积为dA，亮度为亮度为L则入射光的光通量为：则入射光的光通量为：dAidLdcos四、光束经界面反射和折射后的亮度四、光束经界面反射和折射后的亮度 反射光束，根据反射定律，反射光束，根据反射定律，i1=i，d1=d，则，则LLdAidLdAdiLdd11111coscosdd1（5-18）同理，反射光束、折射光束光通量：同理，反射光束、折射光束光通量：dAdiLd1111co

19、sdAdiLdcosLL1（5-19）结论：结论：反射光束亮度等反射光束亮度等于入射光束亮度与界面于入射光束亮度与界面反射比之积。透明介质反射比之积。透明介质的界面反射比很小，故的界面反射比很小，故反射光束的亮度很低。反射光束的亮度很低。 折射光束，有折射光束，有dAidLdAdiLddcoscos（5-20）221LnnL（5-23） 将折射定律将折射定律n sini=n sini两端分别对两端分别对i和和i微分，并与折射定微分，并与折射定律表达式对应端分别相乘，得到：律表达式对应端分别相乘，得到：由图由图5-6可知：可知：ddiidididdsinsin（5-22）idiidiiinnco

20、ssincossin2222)1 (nnLL（5-25）022nLnL结论：结论：光束经光束经理想折射后，理想折射后，光亮度将发生光亮度将发生变化，但变化，但L/n2值保持不变值保持不变.（5-24）由能量守恒：由能量守恒：1ddd即：即：dddd)1 (1（5-21）由能量守恒：由能量守恒：1ddd即：即：dddd)1 (1 五、余弦辐射体五、余弦辐射体 余弦辐射体余弦辐射体：发光强度空间分布：发光强度空间分布可用式可用式I=INcos表示的发光表面表示的发光表面.?dAIdAIdAILNNcoscoscos 发光强度向量发光强度向量I端点轨迹是一个与端点轨迹是一个与发光面相切的球面，球心在

21、法线上，发光面相切的球面，球心在法线上，球的直径为球的直径为IN。图图5-7 余弦辐射体发余弦辐射体发光强度的空间分布光强度的空间分布 余弦辐射体在和法线成任意角余弦辐射体在和法线成任意角度度方向的方向的光亮度光亮度L：=常数常数结论：结论： 余 弦 辐余 弦 辐射体各 方 向 的射体各 方 向 的光亮度相同光亮度相同 漫透射体和漫反射体漫透射体和漫反射体受光照射经透射或反射形成受光照射经透射或反射形成的余弦辐射体。的余弦辐射体。乳白玻璃乳白玻璃是漫透射体，其经光照射后透是漫透射体，其经光照射后透射光强度分布如图射光强度分布如图(a)所示；所示；硫酸钡涂层硫酸钡涂层表面是典型的表面是典型的漫反

22、射面，其反射光强度分布如图漫反射面，其反射光强度分布如图(b)所示。所示。 余弦辐射体可能是余弦辐射体可能是自发光面自发光面，如绝对黑体、平面，如绝对黑体、平面灯丝钨灯等，也可能是灯丝钨灯等，也可能是透射或反射体透射或反射体。INI(a)INI(b) 一般的漫反射表一般的漫反射表面都近似地具有余面都近似地具有余弦辐射特性。弦辐射特性。 余弦辐射体余弦辐射体向平面孔径向平面孔径角为角为U的立体角范围内发出的的立体角范围内发出的光通量：光通量：ULdAddLdAU2200sincossin（5-26）2ULdA（5-27）余弦辐射体向余弦辐射体向2立体角空间发出立体角空间发出的总光通量的总光通量

23、余弦辐射体余弦辐射体的光出射度为的光出射度为LdAM（5-28）第三节 成像系统像面的光照度一、轴上像点的光照度一、轴上像点的光照度 若物被看做是若物被看做是余弦辐射体余弦辐射体，则微面积，则微面积dA向孔径角为向孔径角为U的成像光学系统发出的光通量的成像光学系统发出的光通量为：为：ULdA2sin 从出瞳入射到像面从出瞳入射到像面dA微面积上的光通量为微面积上的光通量为2sin UdAL当系统满足正弦条件时，当系统满足正弦条件时，sinsinUnUn 若光学系统的若光学系统的光透射比为光透射比为，则，则ULdA2sin轴上像点的光照度为：轴上像点的光照度为：21dAdAULE22sin1（5

24、-29）222sin ULnnE（5-30）像面轴上像面轴上点照度公点照度公式：式：UdAdALdAE2sin二、轴外像点的照度二、轴外像点的照度 轴外点轴外点M的像方视场角的像方视场角轴外像点轴外像点M的主光线和光轴间的的主光线和光轴间的夹角。夹角。当当UM较小时较小时2020cossin2coscoscos2tansinUlDlDUUMM在物面亮度均匀的情况下，轴外像点在物面亮度均匀的情况下，轴外像点M的照度为：的照度为： 的存在使轴外点的像方孔径角的存在使轴外点的像方孔径角UM比轴上点的像方孔径角小。在物比轴上点的像方孔径角小。在物面亮度均匀的情况下轴外像点的照面亮度均匀的情况下轴外像点

25、的照度比轴上点低度比轴上点低222sinMMULnnE（5-31）出瞳直径出瞳直径像面到出瞳的距离像面到出瞳的距离2020cossin2coscoscos2tansinUlDlDUUMM222sinMMULnnE（5-32）4222cossinULnnEM40cosEEM0E 轴外像点的光照度随视场角的增大而降低。表轴外像点的光照度随视场角的增大而降低。表5-2给出了对应给出了对应于不同视场角的轴外像点照度降低的情况。此表仅适用于图于不同视场角的轴外像点照度降低的情况。此表仅适用于图5-9所示的情况。若光阑位置与之不同，则主要考虑入射光瞳的位所示的情况。若光阑位置与之不同，则主要考虑入射光瞳的

26、位置，即物面上入射光束的孔径角所形成的光能量。置，即物面上入射光束的孔径角所形成的光能量。三、光通过光学系统时的能量损失三、光通过光学系统时的能量损失 引起光能损失的因素引起光能损失的因素 （1）几何遮拦）几何遮拦 （2）透明介质折射界面的光反射与介质的吸收；透明介质折射界面的光反射与介质的吸收； （3）反射面对光的透射和吸收等。）反射面对光的透射和吸收等。 反射比反射比反射反射光通量与入射光通量之比，由光的电磁理光通量与入射光通量之比，由光的电磁理论（详见第十一章）可以导出：论（详见第十一章）可以导出：)(t)(t)(sin)(sin212222iiani-ianiii-i1、光在两透明介质

27、界面上的反射损失、光在两透明介质界面上的反射损失 （5-33）经入瞳进入的光通量经入瞳进入的光通量入射角入射角 常用常用透射比透射比来衡量光学系统中光能损失的大小。来衡量光学系统中光能损失的大小。由出瞳出射的光通量由出瞳出射的光通量折射角折射角当光垂直或以很小的入射角当光垂直或以很小的入射角入射，并再考虑折射定律入射，并再考虑折射定律2-）（nnnn（5-34）计 算 表 明 ， 当计 算 表 明 ， 当n1.6，i45时，时，取取=0.06计算已足计算已足够准确。在实用光够准确。在实用光学系统中，学系统中，i45的情况很少见。的情况很少见。 一个光学系统，有一个光学系统，有N1个个空气空气-

28、冕牌玻璃冕牌玻璃界面，有界面，有N2个个空气空气-火火石玻璃石玻璃界面。在只考虑反射损失的情况下，由系统出射的光通量界面。在只考虑反射损失的情况下，由系统出射的光通量可用下式计算：可用下式计算： 反射的光能除造成光学系统的光能损失外，还在像面上反射的光能除造成光学系统的光能损失外，还在像面上形成杂形成杂散光背景散光背景，从而降低像的对比度。降低反射损失的方法是在玻璃，从而降低像的对比度。降低反射损失的方法是在玻璃元件的元件的表面镀增透膜表面镀增透膜。常用的增透膜有二氧化硅（。常用的增透膜有二氧化硅（SiO2）、氧化）、氧化钛（钛（TiO2）、氟化镁（）、氟化镁（MgF2）等。）等。 2121N

29、NN2N1.95)0(.96)0()-(1)-(1（5-35）空气空气- -冕牌玻冕牌玻璃反射比璃反射比空气空气- -火石玻火石玻璃反射比璃反射比2、介质吸收造成的光能损失、介质吸收造成的光能损失 光通量为光通量为的光束通过厚度为的光束通过厚度为dl的薄介质层，的薄介质层，被介质吸收的光通量被介质吸收的光通量d与与和和dl成正比，即成正比，即dlkd-（5-36）kdld-光通过厚度为光通过厚度为l的介质层后的光通量，由积分上式求得的介质层后的光通量，由积分上式求得lkdld0-0令令P=e-k，代表光通过，代表光通过单位厚度单位厚度1cm介质层时出射光介质层时出射光通量与入射光通量之比，称之

30、为介质的通量与入射光通量之比，称之为介质的透明率透明率kl-0e（5-37）lP0（5-38）入射光入射光通量通量吸收造成的光吸收造成的光通量损失为：通量损失为： 00)-1(-lP（5-39） 对于光学系统，介质的厚度可取为元件的中心厚度对于光学系统，介质的厚度可取为元件的中心厚度d。对于多。对于多元件系统，取同种材料元件中心厚度之和作为元件系统，取同种材料元件中心厚度之和作为l，则有，则有.PP21d2d10（5-40）P P1 1、P P2 2、为各为各种材料的透明率种材料的透明率d1、d2、为相应材为相应材料元件中心厚度之和料元件中心厚度之和反射元件对光的透射和吸收，使反射面的反射比反

31、射元件对光的透射和吸收，使反射面的反射比y-y0时，用式时，用式（5-71）计算：反之，计算：反之，用式用式（5-72）计算。计算。 亮度纯度亮度纯度 颜色的纯度也可用该颜色所包含的光谱色的光亮度与该颜色的颜色的纯度也可用该颜色所包含的光谱色的光亮度与该颜色的总光亮度比值来表示，称做总光亮度比值来表示，称做亮度纯度亮度纯度，以，以PC表示。表示。YYPc（5-74）颜色中光谱色的亮度因数颜色中光谱色的亮度因数YyyYPe（5-73） 由前面的讨论知，颜色的由前面的讨论知，颜色的Y刺激值与颜色的亮度成正比，故有刺激值与颜色的亮度成正比，故有该颜色的亮度因数该颜色的亮度因数yYZYXyYZYX,Z

32、YXZYXPe刺激纯度刺激纯度而而yyPPceyyPPec 颜色纯度颜色纯度和和颜色饱和度颜色饱和度大致对应。说大致对应是因为在色品大致对应。说大致对应是因为在色品图不同部位上颜色纯度相同时饱和度可能稍有差异。图不同部位上颜色纯度相同时饱和度可能稍有差异。 193lCIE-RGB和和1931CIE-XYZ标准色度学系统的基本数据都标准色度学系统的基本数据都是从是从莱特莱特和和吉尔德吉尔德2视场视场的实验数据换算求得的，因此它们只适的实验数据换算求得的，因此它们只适用小视场（用小视场（4）情况下的颜色标定。）情况下的颜色标定。二、二、CIE1964补充标准色度学系统补充标准色度学系统 为适应大视

33、场情况下颜色的测量为适应大视场情况下颜色的测量和标定，和标定，1964年年CIE公布了公布了CIE1964补充色度学系统。规定了适合于补充色度学系统。规定了适合于10视场视场使用的使用的CIE1964补充色度观察补充色度观察者光谱三刺激值和色品图，见图者光谱三刺激值和色品图，见图5-21。色度计算方法与。色度计算方法与1931CIE-XYZ系统完全相同，只不过要用本系统系统完全相同，只不过要用本系统规定的基本数据。规定的基本数据。图图5-28 CIE1964补充标补充标准色度学系统色品图准色度学系统色品图 为了与为了与1931CIE-XYZ系统相区别系统相区别，所用符号要加下标，所用符号要加下

34、标“10”。例如，。例如，三刺激值表示为三刺激值表示为X10、Y10、Z10；光；光谱三刺激值表示为谱三刺激值表示为色品坐标表示为色品坐标表示为x10、y10、z10等。等。),(),(),(101010zyx 光是光是色色的物理基础，光源照明是呈的物理基础，光源照明是呈色色不可缺少的条件。同不可缺少的条件。同一一色样色样，在不同光源照明下，可能呈现出不同的，在不同光源照明下，可能呈现出不同的颜色颜色。为了统。为了统一颜色测量，除了建立标准色度学系统之外，还应对色度用照一颜色测量，除了建立标准色度学系统之外，还应对色度用照明光源作统一规定。明光源作统一规定。三、三、 CIE标准照明体和标准光源

35、标准照明体和标准光源 人们观察颜色，大部分是在白天日光下进行，测色也应在人们观察颜色，大部分是在白天日光下进行，测色也应在这样的照明条件下进行才符合实际。这样的照明条件下进行才符合实际。 但日光有早但日光有早-中中-晚变化、晴晚变化、晴-阴阴-雨天气影响、地域的差别，使雨天气影响、地域的差别，使用不便。需要照明效果和日光相同或接近的人工照明来代替。用不便。需要照明效果和日光相同或接近的人工照明来代替。 CIE推荐了五种色度用推荐了五种色度用标准照明体标准照明体及相应的实现这些照明及相应的实现这些照明体的体的标准光源标准光源。 照明体是一种具有确定照明体是一种具有确定光谱功率分布光谱功率分布的照

36、明光，光源则是实的照明光，光源则是实在的物理辐射体。在的物理辐射体。CIE所以规定标准照明体是因为测色照明的关所以规定标准照明体是因为测色照明的关键是照明光的光谱功率分布，并且很少改变。而光源会随着技键是照明光的光谱功率分布，并且很少改变。而光源会随着技术进步不断更新。术进步不断更新。 CIE推荐的五种标准照明体为推荐的五种标准照明体为A、 B、 C 、D和和D65。（1）标准照明体）标准照明体A（2）标准照明体）标准照明体B 具有热力学温度为具有热力学温度为2856K黑体的光谱功率分布。实黑体的光谱功率分布。实现现A照明体的光源是色温为照明体的光源是色温为2856K的的溴钨灯溴钨灯，称做标准

37、，称做标准光源光源A或或A光源。光源。 具有相关色温为具有相关色温为4874K的中午直射日光的光谱功率分布。标准的中午直射日光的光谱功率分布。标准照明体照明体B由标准光源由标准光源B实现。标准光源实现。标准光源B由由A光源和杰布森（光源和杰布森（K.S .Gibson）-戴维斯（戴维斯（R.Davis）液体滤光器构成。液体滤光器由）液体滤光器构成。液体滤光器由装在透明玻璃槽中的装在透明玻璃槽中的B1和和B2两种液体组成，液体的厚度为两种液体组成，液体的厚度为1cm，液体的的配方如表液体的的配方如表5-3所示。所示。（3）标准照明体）标准照明体C 具有相关色温为具有相关色温为6774K平均日光的

38、光谱功率分布，有接近阴天平均日光的光谱功率分布，有接近阴天天空光的颜色。标准照明体天空光的颜色。标准照明体C由标准光源由标准光源C来实现。标准光源来实现。标准光源C由由A光源和另一种杰布森一戴维斯液体滤光器构成。液体滤光器光源和另一种杰布森一戴维斯液体滤光器构成。液体滤光器由由C1、C2两层各为两层各为1cm厚的液层组成，厚的液层组成，C1和和C2装在透明玻璃槽中装在透明玻璃槽中，其配方如表，其配方如表5-3所示。所示。（4）标准照明体）标准照明体D65 具有相关色温为具有相关色温为6504K典型日光的光谱功率分布，有更接近日典型日光的光谱功率分布，有更接近日光的紫外光谱成分，能更好的代表日光

39、。光的紫外光谱成分，能更好的代表日光。D65是是CIE推荐优先使推荐优先使用的标准照明体。用的标准照明体。实现实现D65的光源还没有标准化，尚处于研究阶的光源还没有标准化，尚处于研究阶段段。可能的方案有三种，即高压氙灯加滤光器、白炽灯加滤光。可能的方案有三种，即高压氙灯加滤光器、白炽灯加滤光器、荧光灯。其中，第一种方案效果较好。器、荧光灯。其中，第一种方案效果较好。 （5）标准照明体）标准照明体D 代表除代表除D65而外的所有典型日光，其中较而外的所有典型日光，其中较重要的有重要的有D55和和D75等，均用在特殊场合，这里不一一介绍。等，均用在特殊场合，这里不一一介绍。 照明和观察条件不同，会

40、使同照明和观察条件不同，会使同一色样呈现的颜色一色样呈现的颜色有所不同。有所不同。为正确的评价颜色，照明和观察条件应统一。为正确的评价颜色，照明和观察条件应统一。四、四、 CIE关于照明和观察条件的规定关于照明和观察条件的规定 1、45/垂直（缩写为垂直（缩写为45/0，见图，见图(a)） 样品被一束或多束光照明，照明光束的轴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线与样品表面的法线成452角。观察方向角。观察方向和样品法线间的夹角不应超过和样品法线间的夹角不应超过10。照明光束。照明光束中任一条照明光线与光轴的夹角不得超过中任一条照明光线与光轴的夹角不得超过8。观察光束应遵守

41、相同的限制。观察光束应遵守相同的限制。 2、垂直、垂直/45（缩写为（缩写为0/45，见图，见图(b)） 样品被一束光照明，该光束的轴线与样品样品被一束光照明，该光束的轴线与样品表面法线之间的夹角不而超过表面法线之间的夹角不而超过10。在与法线。在与法线成成452的方向观测样品。照明光束的任一的方向观测样品。照明光束的任一照明光线与光轴的夹角不应超过照明光线与光轴的夹角不应超过8。观察光。观察光束亦应遵守相同的限制。束亦应遵守相同的限制。(a)(b) 3、漫射、漫射/垂直（缩写为垂直（缩写为d/0，见图，见图(C)） 样品用积分球漫射照明，样品的法线和观测光束的轴线间的夹样品用积分球漫射照明，

42、样品的法线和观测光束的轴线间的夹角不应超过角不应超过10。积分球可以是任何直径，只要开孔部分的总面。积分球可以是任何直径，只要开孔部分的总面积不超过球内反射面积的积不超过球内反射面积的10即可。观测光束中任一观测光线与即可。观测光束中任一观测光线与观测光轴间的夹角不应超过观测光轴间的夹角不应超过5。 4、垂直、垂直/漫射（缩写为漫射（缩写为0/d，见图，见图(d)） 样品被一束光照明，该光束的轴线与样品表面法线间的夹角不样品被一束光照明，该光束的轴线与样品表面法线间的夹角不应超过应超过10。用积分球收集样品反射光通量。照明光束中任一光。用积分球收集样品反射光通量。照明光束中任一光线与其光轴的夹

43、角不应超过线与其光轴的夹角不应超过5。积分球可以是任何直径的，只要。积分球可以是任何直径的，只要开孔部分的面积不超过球内反射面积的开孔部分的面积不超过球内反射面积的10即可。即可。(c)(d)关于关于“积分球积分球”（integrating sphere） 积分球具有积分球具有高反射性内表面高反射性内表面的空心球体。用来对处于球内或的空心球体。用来对处于球内或放在球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射进行收集放在球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射进行收集的一种高效率器件。的一种高效率器件。球上的小窗口球上的小窗口可以让光进入并与检测器靠可以让光进入并与检测器靠得较近。得较近。积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源S在球壁上任意一点在球壁上任意一点B上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。