工学光电测试技术第3章色度和光度测试技术课件

,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,第三级,第四级,第五级,*,*,第,3,章 色度和光度测试技术,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,第三级,第四级,第五级,*,*,光电测试技术,哈尔滨工业大学,第,3,章 色度和光度测试技术,光电测试技术 哈尔滨工业大学第3章 色度和光度测试技术,2024/11/24,2,概述,色度学,是研究人的颜色视觉规律、颜色测量理论与技术的学科。颜色感觉与听觉、嗅觉、味觉等一样都是外界刺激使人的感觉器官产生的感觉。,色度学是研究颜色度量和评价方法的学科，是以,光学、视觉生理、视觉心理、心理物理,等学科为基础的综合性科学。,现代色度学，是一门,实验性,非常强的学科。,2023/9/192概述 色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色,2024/11/24,3,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2023/9/1933-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,4,3-1,色度学的基本概念和实验定律,能刺激人眼而产生明亮感觉的辐射称为可见光，可见光刺激人眼在脑中产生光亮、颜色、形状等印象，从而获得对外界的认识，这就是,视觉,。人眼不仅能从物体各点发出光的强弱来辨别物体的形象，还能对,330,一,780nm,波长范围的光作出选择性反应，这就是,颜色视觉,。,人眼基本上可以看成是一,个,包含在,巩,膜,内,的不透光暗室。它具有一,个,由角膜,Cornea,、虹膜,Iris,、,水晶,体,Lens,和玻璃,体组成,的折射光,学系统，,它,们将,入射光,线聚焦,在眼球后面的,视网,膜上形成一,个,倒像。,2023/9/1943-1 色度学的基本概念和实验定律 能,2024/11/24,5,3-1,色度学的基本概念和实验定律,人眼视网膜的中央窝部位和边缘部位结构不同，中央视觉主要是,锥体细胞,起作用，边缘视觉主要是,杆体细胞,起作用。,具有正常颜色视觉的人，视网膜中央窝能分辨各种颜色，但它的感光灵敏度较低；杆体细胞不能分辨颜色但能感受极微弱的光。,中央窝周围不同区域的颜色感受性也不同，由中央窝向外，首先丧失红、绿色的感受性，更外围则黄蓝色的感受性也丧失而成为全色盲区。这时对应的视角约,20,，全色感觉范围对应的视角大约为,4,。,2023/9/1953-1 色度学的基本概念和实验定律 人,2024/11/24,6,3-1,色度学的基本概念和实验定律,1,颜色混合定律,1,）颜色环,实验得知，颜色可以相互,混合,，产生出不同于原来颜色的新的颜色感觉。,颜色混合可以是,颜色光,的混合，也可以是,染料,的混合，前者是颜色相加的混合，后考是颜色相减的混合，这俩种混合所得结果是不相同的。,若把彩度最高的光谱色依顺序围成一个圆环，加上紫红色，便构成颜色立体的圆周，称为,颜色环,。,紫红,白,纯红,黄红,纯黄,纯绿,蓝绿,绿蓝,纯蓝,紫,700nm,620nm,574nm,572nm,570nm,530nm,520nm,510nm,470nm,460nm,400nm,2023/9/1963-1 色度学的基本概念和实验定律 1,2024/11/24,7,3-1,色度学的基本概念和实验定律,1,颜色混合定律,2,）格拉斯曼,(H.Grassman),颜色混合定律,格拉斯曼在总结以往颜色混合实验现象的基础上，于,1854,年归纳总结出几条,实验规律,，它是建立现代色度学的基础。,(1),颜色的属性,非彩色,指白色,黑色和各,种,不同深,浅,的灰色。,彩色,就是指黑白系列以外的各,种颜色,。,2023/9/1973-1 色度学的基本概念和实验定律 1,2024/11/24,8,3-1,色度学的基本概念和实验定律,1,颜色混合定律,2,）格拉斯曼,(H.Grassman),颜色混合定律,(1),颜色的属性,明度,是指人眼对物体的明暗感觉。,色调,是指彩色彼此相互区分的特性。可见光谱中不同波长的辐射在视觉上表现为各种色调，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。,80%,50%,20%,2023/9/1983-1 色度学的基本概念和实验定律 1,2024/11/24,9,3-1,色度学的基本概念和实验定律,1,颜色混合定律,2,）格拉斯曼,(H.Grassman),颜色混合定律,(1),颜色的属性,彩度,表示物体颜色的浓淡程度或颜色的纯洁性，又称,饱和度,。物体色的彩度决定于物体表面反射光谱辐射的选择性程度。,2023/9/1993-1 色度学的基本概念和实验定律 1,2024/11/24,10,3-1,色度学的基本概念和实验定律,1,颜色混合定律,2,）格拉斯曼,(H.Grassman),颜色混合定律,(1),颜色的属性,可以用三维空间的,颜色枣形立体来表,示颜色的三属性。,橙,黑,明,度,色调,彩度,紫,红,黄,绿黄,绿,蓝绿,绿蓝,蓝,白,2023/9/19103-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,11,3-1,色度学的基本概念和实验定律,1,颜色混合定律,2,）格拉斯曼,(H.Grassman),颜色混合定律,(2),补色律和中间色律,在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续变化，混合色的外貌也连续地变化。由此导出两个定律：补色律和中间色律。,补色律：,每种颜色都有一个相应的补色；某一颜色与其补色以适当比例混合，便产生白色或灰色；以其它比例混合，便产生近似比重大的颜色成分的中间色。,中间色律：,任何两个非补色混合，便产生中间色，其色调决定于两个颜色的相对数量，其彩度主要决定于两者在色调顺序上的远近。,2023/9/19113-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,12,3-1,色度学的基本概念和实验定律,1,颜色混合定律,2,）格拉斯曼,(H.Grassman),颜色混合定律,(3),代替律,代替律：,相似色（即外貌相同的颜色）混合后仍相似。,如果颜色,A,=,颜色,B,，颜色,C,颜色,D,，那么,颜色,A,颜色,C,=,颜色,B,+,颜色,D,根据代替律，可以利用颜色混合的方法来产生或代替所需要的各种颜色。它是一条非常重要的定律。,(4),亮度相加律,亮度相加律：,混合色的总亮度等于组成混合色的各颜色光亮度的总和。,以上所说的格拉斯曼颜色混合,定律是色度学的,一般规律,，适,用于各种,颜色光,的相加混合，但,是这些规律不适用于,染料或涂,料,的混合，因为染料和涂料的,混合是颜色光的相减过程。,2023/9/19123-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,13,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,1,）三原色,把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法叫,颜色匹配,。,黑,挡,屏,白屏幕,黑挡屏,红,绿,蓝,白炽灯,视场,2023/9/19133-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,14,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,1,）三原色,还可以利用人眼的某些视觉特性实现相加混色。,时间混色法：,将三种不同的基色以足够快的速度轮流投射到某一平面，因为人眼的视觉惰性，分辨不出三种基色，而只能看到它们的混合色。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。,空间混色法：,将三种基色分别投射到同一表面上相邻的三点，只要这些点足够近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨这三种基色，而只能感觉到它们的混合色，是同时制彩色电视的基础。,生理混色法：,当两只眼睛同时分别观看不同的颜色，也会产生混色效应。例如，两只眼睛分别戴上红、绿滤波眼镜，当两眼分别单独观看时，只能看到红光或绿光；当两眼同时观看时，正好是黄色，这就是生理混色法。,2023/9/19143-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,15,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,1,）三原色,在颜色匹配实验中，为匹配得到某一种颜色，一般需要三种颜色就可以达到匹配目的。通常称在颜色匹配实验中选取的三种颜色为,三原色,。,三原色可以任意选定；,但是三原色中任何一种原色不能由另外两种原色相加混合得到；,最常用的是红、绿、蓝三原色。,由三原色混合而成的新的颜色只表示了被匹配颜色的外貌，而不能表示它的光谱组成。例如，由红、绿、蓝三色光混合而成的白光与连续光谱的白光在视觉上一样，但是它们的光谱组成成分却不一样，这种情况称之为,同色异谱,。,2023/9/19153-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,16,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,2),三刺激值,色度学中是用三原色来表示颜色的。匹配某种颜色所需的三原色的量，称为颜色的,三刺激值,。,三刺激值不是用物理,单位,来量度的，而是用色度学的单位来量度。具体规定为：在,380,780nm,的可见光波长范围内，各种波长的辐射能量均相等时，称为,等能光谱色,。由其构成的白光称,等能白光,，简称,E,光源。等能白光的三刺激值是相等的，且均定为一个单位。,2023/9/19163-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,17,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,3),光谱三刺激值或颜色匹配函数,用三刺激值可以表示各种颜色，对于各种波长的光谱色也不例外。匹配等能光谱色所需三原色的量叫作,光谱三刺激值,，也叫作,颜色的匹配函数,。,对于不同波长的光谱色，其三刺激值显然是波长的函数。用红、绿、蓝作为三原色时，光谱三刺激值或颜色匹配函数用 来 表示。,由于任何颜色的光都可以看成是由不同单色光混合而成，所以光谱三刺激值是颜色色度计算的基础。,2023/9/19173-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,18,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,4),色品坐标,三原色确定后，一种颜色的三刺激值是唯一的，因此，可以用三刺激值表示颜色。,但是，由于准确测量三刺激值存在着技术上的困难，而且用三刺激值表示颜色很不直观，因而一般不直接用其表示颜色，而是用其在三刺激值总和中所占的比例来表示颜色。这三个比例值叫作,色品坐标,。假定某颜色的三刺激值分别为,R,、,G,、,B,，色品坐标为,r,、,g,、,b,，则有,显然因此，有,2023/9/19183-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,19,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,5),光源色和物体色的三刺激值,颜色刺激函数,表示某颜色刺激与波长的关系函数，以表示。,无论光源色或物体色可看成是波长范围在,380780nm,内的各光谱色以不同的比例混合的产物。,对于波长为,的光谱色，其三刺激值,R,、,G,和,B,应分别和其光谱三刺激值 以及颜色刺激函数成正比。故有,式中，,k,为常数，称为颜色调节因子。,，,，,2023/9/19193-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,20,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,5),光源色和物体色的三刺激值,当波长范围趋向于无限小时，光谱色的三刺激值为,380780nm,内所有光谱色对应的三刺激值总和就应当是被考虑颜色的三刺激值，即,2023/9/19203-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,21,3-1,色度学的基本概念和实验定律,2,色度学中的基本概念,5),光源色和物体色的三刺激值,对于光源色，颜色刺激函数 就是光源的光谱功率分布，即 故有,物体色,既和照明光源的光谱功率分,布有关，也和物体的光学性质有关。,对于透射物体,对于反射物体,2023/9/19213-1 色度学的基本概念和实验定律,2024/11/24,22,3-1,色度学的基本概念和实验定律,3,CIE,标准表色度系统,国际照明委员会（英文缩写,CIE,）曾推荐了几种色度学系统，以统一颜色的表示方法和测量条件。,国际照明委员会在,1931,年同时推荐了两套色度学系统：,1931CIE-RGB,系统,和