第六章 色度学基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,第六章 色度学基础,色度学是对颜色刺激进行测量、计算和评价的学科,作业：,1.,有两薄透镜,L1,和,L2,的口径分别为,6cm,和,4cm,在,L1,和,L2,距,L2,为,2cm,处有一直径为,6cm,的小孔光阑，物点位于,L1,前方,12cm,处，求孔径光阑、入射瞳孔、出瞳的位置及大小,2.(,选作,),两个薄透镜,L1,、,L2,的孔径为,4.0cm,，,L1,为凹透镜，,L2,为凸透镜，它们的焦距分别为,8cm,和,6cm,，镜间距离为,3cm,，光线平行于光轴入射。求系统的孔径光阑、入瞳和出瞳及视场光阑,3.,照相物镜 ，对,2m,远处目标照相，假定底片上像点弥散斑直径小于,0.05mm,仍可认为成像清晰，问物空间能清晰成像的最远、最近距离各位多少？,4.,人工照明下阅读时，纸面光亮度应大于,10cd/m,2,假定白纸的漫反射系数为,0.75,，用,60w,充气钨丝灯照明，光视效能为,15lm/w,求当灯泡离纸面距离不大于多少时，才能产生所要求的光亮度（假定纸面与照射光线方向垂直）？,5.,面积为,1cm,2,的单面发光圆盘是一个朗伯光源，光亮度为,1500lm/(m,2,sr,),求,最大发光强度,I,0,，与发光面法线,30,度角方向上的发光强度,I,30,圆盘发出的总光通量及光出射度,6.1,颜色的分类和特性,一 颜色及其分类,颜色：不同波长可见光辐射作用于人的视觉器官后所产生的心里感受,颜色和波长的关系并不是完全固定的,光谱上除,572nm,（黄）、,503nm(,绿,),和,478nm(,蓝,),是不变的颜色外，其它颜色在光强增加时都略向红色或蓝色变化,“贝楚德朴尔克效应”,色度学则是将主观的颜色感受和客观的物理刺激联系起来的科学,非彩色,:,白色、黑色及灰色,彩色,:,各种光谱色,颜色形成的物理机制,光源色：自发光形成的颜色,物体色：自身不发光，凭借其它光源照明，通过反射或透射而形成的颜色,荧光色：物体受光照射激发所产生的荧光与反射或投射光共同形成的颜色,二 颜色的表观特征,明度：表示颜色明亮的程度,对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关,物体色，和物体的透射比或反射比有关,色调：区分不同彩色的特征,饱和度：颜色接近光谱色的程度，彩色的纯洁性,彩色具备以上,3,个特征,非彩色只有明度值差别、没有色调区分，饱和度为,0,用一个三维纺锤体可将颜色的三个基本特征表示出来,6.2,颜色混合,颜色混合,:,两种或几种颜色相互混合，形成不同于原色的新色,色光混合：加混色，不同颜色光的直接混合,色料混合：色料是对光有强烈选择吸收的物质，在白光照明下呈现一定的颜色。从白光中去除某些色光，又称减混色。,格拉斯曼颜色混合定律,H.Grassman,于,1953,年总结出,色光,混合的基本定律,人的视觉只能分辨颜色的三种变化,：明度、色调和饱和度,两种颜色混合，如果一种颜色成分连续变化，混合色的外貌也连续变化,补色律：每一种颜色都有相应补色,中间色律：两种非互补颜色混合，将产生两颜色的中间色，其色调决定于两颜色的比例,R+G=Y,R+B=,M(Magent,洋红、品红,),G+B=C,（,Cyan,青）,R+G+B=W,两种颜色以一定的比例相混合产生白色或灰色，则此两颜色为互补色,某一颜色与其补色以适当比例混合便 产生白色或灰色,R+C=W,G+M=W,B+Y=W,颜色,外貌,相同的光，不管它们的光谱组成是否一样，在颜色混合中等效,凡是视觉上相同的颜色是等效的,代替律：相似色混合，混合色仍相似,颜色,A=,颜色,B,颜色,C=,颜色,D,颜色,A+C=,颜色,B+D,在混色中，某种颜色用外貌相同的另外颜色代替，最后效果不变,混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和,亮度相加定律：假定参加混色各色光亮度分别为,L,1,、,L,2,L,n,则混合色光的光亮度,L,为,L,=,L,1+,L,2+,L,n,6.3,颜色匹配,一颜色匹配实验,把两个颜色调节到视觉上相同的方法叫颜色匹配,色光混合匹配实验,利用颜色光相加实现,调节红、绿、兰色光的强度，直到黑档屏两边的视场呈现相同颜色，就完成了颜色匹配,颜色匹配不受背景颜色的影响，即颜色匹配遵守,颜色匹配恒常定律,。但应注意，眼受强光刺激时，此定律也会失效。,对于饱和度很高的颜色，例如某些光谱色，常常不能用红、绿、蓝三种颜色直接混合得到。为了匹配，需把某种颜色转加到被匹配颜色一方，然后用另二种颜色混合与降低了饱和度的颜色进行匹配,高饱和度颜色匹配,二 颜色匹配方程,不能直接匹配，需把某种颜色加到被匹配颜色一方的情况,例如用红（,R,）、绿（,G,）、兰（,B,）匹配光谱黄色，需把兰色（,B,）加到黄色（,C,）一边再进行匹配,(,C,)+B(,B,)=,R,(,R,)+,G,(G),(,C,)=,R,(,R,)+,G,(,G,)-,B,(,B,),结论,红、绿、兰三种颜色以不同的量值（有的可能为负值）相混合，可以匹配任何颜色。,红、绿、兰不是唯一的能匹配所有颜色的三种颜色。三种颜色，只要其中的每一种都不能用其它两种混合产生出来，就可以用它们匹配所有的颜色。,6-4,色度学中的几个概念,一、颜色刺激,颜色刺激：引起颜色知觉的可见辐射的辐通量,颜色刺激按波长的分布，称做颜色刺激函数，一般用,(,),表示。,颜色刺激是纯物理量,二、三原色,能够匹配所有颜色的三种颜色，称做三原色。,匹配实验表明，能够匹配所有颜色的三种颜色不是唯一的,红：,700nm,，绿：,546.1nm,，兰：,435.8nm,三、,三刺激值,匹配某种颜色所需的三原色的量称做该颜色的三刺激值。,颜色方程中的,R,、,G,、,B,就是三刺激值,三刺激值不是用物理单位，而是用色度学单位来度量。,对于既定的三原色，每种颜色的三刺激值是唯一的，因而，可以用三刺激值来表示颜色,四、光谱三刺激值或颜色匹配函数,用红、绿、兰三种颜色可以匹配所有颜色，对于各种波长的光谱色也不例外。,匹配等能光谱色所需的三原色的量称做光谱三刺激值,。对于不同波长的光谱色，其三刺激值显然为波长,的函数，故,也称之为 颜色匹配函数,等能光谱是指各波长辐射能量相等，只有在此条件下，所得到的光谱色三刺激值才是可比较和有意义的,颜色匹配函数是重要的色度量,，它是在颜色现像研究中把物理刺激与生理响应结合起来的纽带,五、色品坐标及色品图,三刺激值各自在三刺激值总量中所占的比例，叫做颜色的色品,r,+,g,+,b,=1,用,r,为横坐标、,g,为纵坐标，,由,r,和,g,所决定的平面上的,点均和某种颜色相对应，,这样一个能表示颜色的平面，,称做,色品图,色品图上表示颜色的各,个点称做色品点,三原色红（,R,）、绿（,G,）和兰（,B,）的色品点。此三点连线，构成一个三角形，三角形里面部分是三原色以不同比例混合能产生的所有颜色色品点的集合。这个三角形叫做,麦克斯韦颜色三角形,光谱色的色品坐标,在色品图上，各,光谱色色品点形成一条马蹄形,曲线，称之为光谱色品轨迹,六、色度学中常用的光度学概念,光谱透射率,物体透过的光谱辐通量 与入射光谱辐通量 之比,光谱反射率因数,在限定的方向上、在指定的立体角范围内，所考虑物体反射的光谱辐通量 与相同照明、相同方向、在相同立体角内由完全漫射反射体反射的光谱辐通量 之比,光谱反射率,物体反射的光谱辐通量 与入射光谱辐通量 之比,6.5,颜色相加原理及光源色和物体色的三刺激值,一、颜色相加原理,假定有（,C,1,）和（,C,2,）两种颜色相混合，混合色的三刺激值与参加混色颜色的三刺激值之间存在什么关系呢？,(,C,1)=,R,1(,R,)+,G,1(,G,)+,B,1(,B,),(,C,2)=,R,2(,R,)+,G,2(,G,)+,B,2(,B,),两种颜色混合后形成的混合色（,C,）为,(,C,)=(,C,1)+(,C,2),根据代替律，有,(,C,)=(,C,1)+(,C,2)=,R,1(,R,)+,G,1(,G,)+,B,1(,B,)+,R,2(,R,)+,G,2(,G,)+,B,2(,B,)=(,R,1+,R,2)(,R,)+(,G,1+,G,2)(,G,)+(,B,1+,B,2)(,B,),颜色（,C,）也可用三刺激值,R,、,G,、,B,表示为,(,C,)=,R,(,R,)+,G,(,G,)+,B,(,B,),得到,R,=,R,1+,R,2;,G,=,G,1+,G,2;,B,=,B,1+,B,2,表明，混合色的三刺激值为各组成色相应三刺激值之和。这就是颜色相加原理,二 光源色和物体色的三刺激值,6.6,CIE,标准色度学系统,国际照明委员会,(,CIE,),规定的颜色测量原理、基本数据和计算方法，称做,CIE,标准色度学系统。,CIE,标准色度学的核心内容是用三刺激值及其派生参数来表示颜色,任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表示。选用不同的三原色，对同一颜色将有不同的三刺激值。,CIE,对三原色做了规定,光谱三刺激值或颜色匹配函数是用三刺激值表示颜色的极为重要的数据。对于同一组三原色，正常颜色视觉不同人测得的光谱三刺激值数据很接近，但不完全相同。,CIE,取多人测得的光谱三刺激值的平均数据做为标准数据，并称之为,标准色度观察者,CIE,对三刺激值和色品坐标的计算方法作了规定。,对于物体色，光源、照明和观察条件对颜色有一定影响。为了统一测量条件，,CIE,对光源、照明条件和观察条件也做了规定,一、,CIE,1931,标准色度学系统,CIE,1931,标准色度学系统，是,1931,年在,CIE,第八次会议上提出和推荐的。它包括,1931,CIE,-,RGB,和,1931,CIE,-XY,Z,两个系统,（一）,1931,CIE,-,RGB,系统,该系统用波长分别为,710-7,米（红）、,5.46110-7,米（绿）和,4.35810-7,米（兰）的光谱色为三原色，并且分别用（,R,）、（,G,）、（,B,）表示。系统规定，用上述三原色匹配等能白光（,E,光源）三刺激值相等。,R,、,G,、,B,的单位三刺激值的光亮度比为,1.000:4.5907:0.0601,；辐亮度比为,72.0962:1.3791:1.000,（二）,1931,CIE,XYZ,系统,1931,CIE,RGB,系统可以用来标定颜色和进行色度计算。但是该系统的光谱三刺激值存在负值，这既不便于计算，也难以理解。因此,CIE,同时推荐了另一色度学系统，即,1931,CIE,XYZ,系统。,1931,CIE,XYZ,系统选用,(,X,),、,(,Y,),、,(,Z,),、为三原色。用此三原色匹配等能光谱色，三刺激值均为正值。该系统的 光谱三刺激值已经标准化，并定名为,“,CIE,1931,标准色度观察者光谱三刺激值”，简称“,CIE,1931,标准色度观察者”。,1931,CIE,XYZ,系统，是在,1931,CIE,RGB,系统基础上，经重新选定三原色和数据变换而确定的,光谱三刺激值,光谱色品图,色品坐标,颜色的主波长和补色波长,颜色纯度,刺激纯度,亮度纯度,CIE1964,10,度视场,孟塞尔颜色系统,世界上广泛采用的,孟塞尔颜色系统由三部分组成,明度值,彩度,色调,