基本色度学及相关课件.ppt
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- 基本 色度学 相关 课件
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1、第二章第二章 基本色度学及相关知识基本色度学及相关知识 色刺激(色刺激(Colour stimulus)引起颜色知觉的光引起颜色知觉的光。表色系(表色系(Colour specification system)由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系由于颜色刺激而产生的颜色知觉体系。混色系混色系基于心理物理色而建立起来的表色基于心理物理色而建立起来的表色系,如系,如1931CIEXYZ系统。系统。显色系显色系将颜色按照感知色的特征在颜色空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,如孟塞尔间进行有序排列所构成的系统,如孟塞尔颜色系统颜色系统。第一节第一节 CIE标准色度学系统标准色度学系
2、统混色系与显色系之间的关系混色系与显色系之间的关系 混色系混色系显色系显色系 颜色的辨别颜色的辨别 心理物理色心理物理色 知觉色知觉色 辨别的基准辨别的基准心理物理学概念心理物理学概念 心理概念心理概念辨别的依据辨别的依据以色感觉建立的以色感觉建立的表色系表色系以知感觉建立的以知感觉建立的表色系表色系表色原理表色原理光的混合光的混合标准物体色(如标准物体色(如色卡)色卡)表色对象表色对象色光(包括物体色光(包括物体反射光)反射光)物体表面色物体表面色表色方法表色方法CIE光谱三刺激值光谱三刺激值色调、明度、饱和度色调、明度、饱和度标准照明体标准照明体“照明体照明体”:指特定的光谱能量分布,这指
3、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,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。也不一定能用特定光源来实现。“光源光源”:指真实存在的物理辐射体。指真实存在的物理辐射体。CIE推荐使用过的标准照明体:标准照明体推荐使用过的标准照明体:标准照明体A、B、C和和D。标准照明体标准照明体A 标准照明体标准照明体A是相是相当于黑体加温到当于黑体加温到2855.6K时所辐射出时所辐射出的光,它的色度坐的光,它的色度坐标落在了标落在了CIE 1931色度图的普朗克轨色度图的普朗克轨迹上。迹上。相对光谱功率分布相对光谱功率分布曲线曲线 标准照明体标准照明体B
4、 标准照明体标准照明体B代表相关代表相关色温约为色温约为4874K的直射的直射阳光,它的色度坐标紧阳光,它的色度坐标紧靠普朗克轨迹。靠普朗克轨迹。相对光谱功率分布曲线相对光谱功率分布曲线 标准照明体标准照明体C 标准照明体标准照明体C代表相代表相关色温大约为关色温大约为6774K的的平均日光,其光色近似平均日光,其光色近似阴天天空的日光,色度阴天天空的日光,色度坐标位于普朗克轨迹的坐标位于普朗克轨迹的下方。下方。相对光谱功率分布曲线相对光谱功率分布曲线 标准照明体标准照明体D 标准照明体标准照明体D代表了各种时相日光的相对光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。谱功率
5、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。日光色度轨迹。标准照明体标准照明体D与实际日光具有比较相近的相与实际日光具有比较相近的相对光射功率分布,并且比标准照明体对光射功率分布,并且比标准照明体B、C更更符合实际日光的色度坐标,因此符合实际日光的色度坐标,因此CIE优先推优先推荐了标准照明体荐了标准照明体D65(相当于相关色温大约为相当于相关色温大约为6504K的日光的日光)。在不能应用在不能应用D65时,尽量采用标准照明体时,尽量采用标准照明体D50(相关色温相关色温5000K)、D55(相关色温相关色温5500
6、K)和和D75(相关色温相关色温:7500K)D50、D55和和D75的相对光谱功率分布曲线的相对光谱功率分布曲线 类型类型照明体照明体色度坐标色度坐标相关色温相关色温xyK标准标准F10.31310.33716430F20.37210.37514230F30.40910.39413450F40.44020.40312940F50.31380.34526350F60.37790.38824150宽带宽带F70.31290.32926500F80.34580.35865000F90.37410.37274150三窄带三窄带F100.34580.35885000F110.38050.3769400
7、0F120.43700.40423000F照明体照明体 红红绿绿蓝蓝试验光试验光白背景白背景观测角观测角限制屏限制屏EYE黑色隔板黑色隔板测试滤色片测试滤色片2物体受到光的照射后,能够吸收全部或部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。所表现的颜色,就是被吸收光的补色。(一)吸收(一)吸收(二)反射(二)反射镜面反射镜面反射 发生于平而光滑的表面,当光
8、以某种角度照射在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,则以相同角度这种平面上,则以相同角度(与样品表面法线的与样品表面法线的夹角夹角)反射出一部分光,而且与入射光的波长无反射出一部分光,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。关。镜面反射光的多少决定了物体的光泽度。漫反射漫反射 一般发生在不平且粗糙的表面上,入射光以很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
9、面下散的平滑表面,同时具有镜面反射和来自表面下散射引起的漫反射。射引起的漫反射。(三)透射(三)透射透射是指入射光照射在物体上后穿过物体的现象。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;)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;)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;)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;)全部吸收,无反(散)射,无透过,黑色不透明体;(5)透过、吸收和散
10、射作用都存在,有色的半透明体;)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;)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。)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蓝色和红色染料染样品的反射率曲线 A艳蓝色染料艳蓝色染料1%(owf)B艳蓝染料艳蓝染料2%(owf)C 深蓝色染料深蓝色染料 D红色染料红色染料用物体的光谱反射率因数(用物体的光谱反射率因数(spect
11、ral reflectance factor)来表示它对光源的吸收和反射特性)来表示它对光源的吸收和反射特性。光谱反射率因数(光谱反射率因数(spectral reflectance factor)的定)的定义:义:在给定的立体角、限定的方向上,待测物体反射的在给定的立体角、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。反射的辐通量之比。(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
12、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(一)仪器内测量用光源钨丝灯钨丝灯脉冲氙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通过滤光片模拟D65标准照明体的光谱功率分布标准照明体的光谱功率分布。(二)照明和测量条件(二)照明和测量条件1971年年CIE正式推荐了几种测色标准照明和观察条件,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、提高测量精光谱反射
13、函数实测结果的精确度的影响、提高测量精度。度。45/垂直(垂直(45/0)样品被一束或多束光样品被一束或多束光照明,照明光束的轴照明,照明光束的轴线与样品表面的法线线与样品表面的法线成成455,观察方,观察方向与样品的法线之间向与样品的法线之间的角度不超过的角度不超过10,照明光束的任一光线照明光束的任一光线和照明光轴之间的夹和照明光轴之间的夹角不超过角不超过8,观察,观察光束在观察中也应该光束在观察中也应该遵守同样的限制遵守同样的限制。垂直垂直/45(0/45)照明光束的轴线与照明光束的轴线与样品表面的法线之样品表面的法线之间的角度不超过间的角度不超过10,照明光束的,照明光束的任一光线和照
14、明光任一光线和照明光轴之间的夹角不超轴之间的夹角不超过过8,观察光束在,观察光束在在观察中也应该遵在观察中也应该遵守同样的限制守同样的限制。漫射漫射/垂直(垂直(d/0)用积分球照明样品,样品用积分球照明样品,样品的垂直线和光测轴之间的的垂直线和光测轴之间的夹角不应超过夹角不应超过10,积分,积分球的直径可以是任意大小,球的直径可以是任意大小,但其开孔的总面积不能超但其开孔的总面积不能超过积分球内部反射总面积过积分球内部反射总面积的的10,观察光束的任一,观察光束的任一光线和观察轴之间的夹角光线和观察轴之间的夹角不应超过不应超过5。垂直垂直/漫射(漫射(0/d)照明光束的轴线与样品表面照明光束
15、的轴线与样品表面的法线之间的角度不超过的法线之间的角度不超过10,反射通量由积分球来,反射通量由积分球来聚集,照明光束的任一光线聚集,照明光束的任一光线和照明光轴之间的夹角不超和照明光轴之间的夹角不超过过5,积分球的直径可以,积分球的直径可以是任意大小,但开孔的总面是任意大小,但开孔的总面积不能超过积分球内部反射积不能超过积分球内部反射总面积的总面积的10。光泽吸收阱(三)单色器(三)单色器作用:将复色光分解成单色光,再由光电检出器作用: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。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经单色器分光后出来的单色光照射到光电检出器
16、上转变成电信号,电信号经模转变成电信号,电信号经模/数转换成为计算机可数转换成为计算机可以处理的数据以处理的数据。(四)光电检出器(四)光电检出器品牌品牌产品型号产品型号爱色丽(爱色丽(X-Rite)CE7000A,color i7,color i5,CE2180,CE-XTH,CE-XTS,SP60/62/64德塔颜色(德塔颜色(Datacolor)SF650,SF600,SF550,SF400,DF110,DF245亨特立(亨特立(HunterLab)UltraScan Pro,UltraScan VIS,ColorQuest XE,MiniScan XE,LabScan XE柯尼卡美能达
17、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光谱光度仪的常见品牌和型号 三原色光:三原色光:红红(R)700nm 绿(绿(G)546.1nm蓝(蓝(B)435.8nm 确定三原色光的理由:确定三原色光的理由:700nm是可见光谱的红色末端,而是可见光谱的红色末端,而546.1nm和和435.8nm是两个较为明显的汞亮线谱,三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。者比较容易从光谱中精确地分离出来。五、五、CIEXYZ 系统色度计算方法系统色度计算方法某
18、一光源的光谱功率分布函数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光谱三刺激值与波长的关系函数在某一波长在某一波长的三刺激值为的三刺激值为有:有:S r g b drKSrddgKSgddbKSbd(一)(一)RGB与与XYZ的计算方法的计算方法rgb 在可见光谱范围内进行积分,即得到该光在可见光谱范围内进行积分,即得到该光源的三刺激值源的三刺激值:drKSrdgKSgdbKSb700()()()400700()()()400700()()()400XkS R xdYkSRydZkSR zd700()()400100kSyd(二)(二)CIE 色度坐标及色度图色度坐标及色度图 Z
19、YXZzZYXYyZYXXxCIE 1931 x,y 色度图 CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线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色度图上颜色的大致分布CIE 1964补充标准色度学观察者三刺激值曲线补充标准色度学观察者三刺激值曲线 CIE 1964补充标准色度系统色度图补充标准色度系统色度图CIE 1931系统与系统与CIE 1964系统观察者光谱三系统观察者光谱三刺激值曲线比较刺激值曲线比较主波长与色纯度计算 CIE 1931标准色度系标准色度系统、统、CIE 1964补充标补充标准色度系统,完成了准色度系统,完成了用数字表示颜色的目用数字表示颜色的目的,但
20、很难将日常生的,但很难将日常生活中见到的颜色与数活中见到的颜色与数字联系起来。字联系起来。Y30,x0.3927,y0.1892是什么颜是什么颜色?色?结合颜色的三属性(色调、明度、饱和度)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:提出了与颜色三属性有关联的一些概念:主波长主波长 兴奋纯度兴奋纯度 亮度纯度亮度纯度主波长主波长 颜色的颜色的主波长主波长大致相当于视神经感觉到的颜大致相当于视神经感觉到的颜色的色调。色的色调。在在CIE色度图上分别标出颜色样品和光源的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,色度点(即色度坐标),连接两
21、点做一直线,并并从光源向样品色度点的方向延长从光源向样品色度点的方向延长与光谱轨与光谱轨迹相交,这一交点的波长就是该颜色样品的迹相交,这一交点的波长就是该颜色样品的主波长。主波长。如图,如图,M和和O分别为样品颜分别为样品颜色(色(M)和)和CIE光源光源C的的色度点,连接色度点,连接两色度点,其两色度点,其直线的延长线直线的延长线与光谱轨迹相与光谱轨迹相交与交与519.4nm处,处,519.4nm就是样品就是样品M的的主波长。主波长。不是所有的颜色样品都有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)点形成的三角形区域
22、(紫色区)内的颜色,如图中的内的颜色,如图中的N点,就没点,就没有主波长有主波长。N和和O点连,由点连,由O端的延长线与光端的延长线与光谱的相交点(谱的相交点(495.7nm)就是颜)就是颜色(色(N)的补色波长)的补色波长。为区分主波长和补色波长,在补为区分主波长和补色波长,在补色波长前加一负号,或后面加色波长前加一负号,或后面加“C”来表示,样品来表示,样品N的主波长可写成的主波长可写成“495.7nm”或或“495.7 c nm”也以写成也以写成“c=495.7nm”。兴奋纯度 样品的颜色接近主波长光谱色的程度,称样品的颜色接近主波长光谱色的程度,称为该样品颜色的为该样品颜色的纯度纯度。
23、色度图上,用光源点到样品色度点的距离色度图上,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,度点)的距离的比率来表示纯度(彩色,饱和度)时,称饱和度)时,称兴奋纯度兴奋纯度。兴奋纯度表示了同一个主波长的光谱色被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。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不同颜色样品的饱和度进行比较的问题。O:光源色度点:光源色度点 M:样品色度点:样品色度点 L:M的主波长色
24、的主波长色度点度点 0000yyyyxxxxOLOMPe兴奋纯度:兴奋纯度:例:图中,颜色(例:图中,颜色(M)的色度)的色度坐标为坐标为(x=0.223、y=0.503),光源光源O的色度坐标为的色度坐标为(x0=0.310、y0=0.316),求颜色(,求颜色(M)在光)在光源源O的照射下的兴奋纯度。的照射下的兴奋纯度。样品颜色(样品颜色(M)的主波长)的主波长519.4nm查等能光谱轨迹色度坐标表,查等能光谱轨迹色度坐标表,光谱色光谱色519.4nm的色度坐标值约的色度坐标值约为:为:y=0.834则有:则有:361.0316.0834.0316.0503.000yyyyPe即样品颜色(
25、即样品颜色(M)的兴奋纯度为)的兴奋纯度为36.1亮度纯度 若样品颜色的纯度用亮度表示,就称其为亮若样品颜色的纯度用亮度表示,就称其为亮度纯度(度纯度(Pc),或称色度纯度。),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,但可以通过亮度纯度无法在色度图上表示,但可以通过计算得出:计算得出:yyPyyyyyyyyxxxxPec0000yyPyyyyyyyyxxxxPec0000 用主波长和兴奋纯度的方法来表示颜色,可给人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
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