光電測試技術(shù)-第4章-色度測試技術(shù)課件

光電測試技術(shù)Electro-opticalTestTechnique光電測試技術(shù)Electro-opticalTestTecChapter4

TestTechniquesofChrominanceParametersChapter4TestTechniquesof2022/12/203INTRODUCTION

色度學(xué)是研究人的顏色視覺規(guī)律、顏色測量理論與技術(shù)的學(xué)科。顏色感覺與聽覺、嗅覺、味覺等一樣都是外界刺激使人的感覺器官產(chǎn)生的感覺。色度學(xué)是研究顏色度量和評價方法的學(xué)科，是以光學(xué)、視覺生理、視覺心理、心理物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)?，F(xiàn)代色度學(xué)，是一門實驗性非常強的學(xué)科。2022/12/163INTRODUCTION色度學(xué)是研究2022/12/204能刺激人眼而產(chǎn)生明亮感覺的輻射稱為可見光，可見光刺激人眼在腦中產(chǎn)生光亮、顏色、形狀等印象，從而獲得對外界的認識，這就是視覺。人眼不僅能從物體各點發(fā)出光的強弱來辨別物體的形象，還能對330一780nm波長范圍的光作出選擇性反應(yīng)，這就是顏色視覺。INTRODUCTION

2022/12/164能刺激人眼而產(chǎn)生明亮感覺的輻射稱為可見2022/12/205人眼基本上可以看成是一個包含在鞏膜內(nèi)的不透光暗室。它具有一個由角膜Cornea、虹膜Iris、晶狀體Lens和玻璃體組成的折射光學(xué)系統(tǒng)，它們將入射光線聚焦在眼球后面的視網(wǎng)膜上形成一個倒像。INTRODUCTION

2022/12/165人眼基本上可以看成是一個包含在鞏膜內(nèi)的2022/12/206人眼視網(wǎng)膜的中央窩部位和邊緣部位結(jié)構(gòu)不同，中央視覺主要是錐體細胞起作用，邊緣視覺主要是桿體細胞起作用。具有正常顏色視覺的人，視網(wǎng)膜中央窩能分辨各種顏色，但它的感光靈敏度較低；桿體細胞不能分辨顏色但能感受極微弱的光。中央窩周圍不同區(qū)域的顏色感受性也不同，由中央窩向外，首先喪失紅、綠色的感受性，更外圍則黃藍色的感受性也喪失而成為全色盲區(qū)。這時對應(yīng)的視角約20°，全色感覺范圍對應(yīng)的視角大約為4°。INTRODUCTION

2022/12/166人眼視網(wǎng)膜的中央窩部位和邊緣部位結(jié)構(gòu)不▍本章主要內(nèi)容

色度學(xué)的基本概念和實驗定律

CIE色度計算方法色度的測試方法和應(yīng)用▍本章主要內(nèi)容色度學(xué)的基本概念和實驗定律CIE色度計算2022/12/208§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2022/12/168§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/209§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1．顏色混合定律—格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律格拉斯曼在總結(jié)以往顏色混合實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，于1854年歸納總結(jié)出幾條實驗規(guī)律，它是建立現(xiàn)代色度學(xué)的基礎(chǔ)。(1)顏色的屬性明度是指人眼對物體的明暗感覺。

80%50%20%2022/12/169§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2010§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1．顏色混合定律—格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(1)顏色的屬性色調(diào)是指彩色彼此相互區(qū)分的特性?？梢姽庾V中不同波長的輻射在視覺上表現(xiàn)為各種色調(diào)，如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等。彩度表示物體顏色的濃淡程度或顏色的純潔性，又稱飽和度。物體色的彩度決定于物體表面反射光譜輻射的選擇性程度。2022/12/1610§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2011§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1．顏色混合定律—格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(2)補色律和中間色律在由兩個成分組成的混合色中，如果一個成分連續(xù)變化，混合色的外貌也連續(xù)地變化。由此導(dǎo)出兩個定律：補色律和中間色律。補色律：每種顏色都有一個相應(yīng)的補色；某一顏色與其補色以適當比例混合，便產(chǎn)生白色或灰色；以其它比例混合，便產(chǎn)生近似比重大的顏色成分的中間色。中間色律：任何兩個非補色混合，便產(chǎn)生中間色，其色調(diào)決定于兩個顏色的相對數(shù)量，其彩度主要決定于兩者在色調(diào)順序上的遠近。2022/12/1611§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2012§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1．顏色混合定律—格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律

(3)代替律代替律：相似色（即外貌相同的顏色）混合后仍相似。如果顏色A=顏色B，顏色C＝顏色D，那么顏色A＋顏色C=顏色B+顏色D根據(jù)代替律，可以利用顏色混合的方法來產(chǎn)生或代替所需要的各種顏色。它是一條非常重要的定律。(4)亮度相加律亮度相加律：混合色的總亮度等于組成混合色的各顏色光亮度的總和。以上所說的格拉斯曼顏色混合定律是色度學(xué)的一般規(guī)律，適用于各種顏色光的相加混合，但是這些規(guī)律不適用于染料或涂料的混合，因為染料和涂料的混合是顏色光的相減過程。2022/12/1612§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2013§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色把兩個顏色調(diào)節(jié)到視覺上相同或相等的方法叫顏色匹配。黑擋屏白屏幕黑擋屏紅綠藍白熾燈視場2022/12/1613§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2014§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色還可以利用人眼的某些視覺特性實現(xiàn)相加混色。

時間混色法：將三種不同的基色以足夠快的速度輪流投射到某一平面，因為人眼的視覺惰性，分辨不出三種基色，而只能看到它們的混合色。時間混色法是順序制彩色電視的基礎(chǔ)?？臻g混色法：將三種基色分別投射到同一表面上相鄰的三點，只要這些點足夠近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨這三種基色，而只能感覺到它們的混合色，是同時制彩色電視的基礎(chǔ)。生理混色法：當兩只眼睛同時分別觀看不同的顏色，也會產(chǎn)生混色效應(yīng)。例如，兩只眼睛分別戴上紅、綠濾波眼鏡，當兩眼分別單獨觀看時，只能看到紅光或綠光；當兩眼同時觀看時，正好是黃色，這就是生理混色法。2022/12/1614§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2015§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色在顏色匹配實驗中，為匹配得到某一種顏色，一般需要三種顏色就可以達到匹配目的。通常稱在顏色匹配實驗中選取的三種顏色為三原色。三原色可以任意選定；但是三原色中任何一種原色不能由另外兩種原色相加混合得到；最常用的是紅、綠、藍三原色。由三原色混合而成的新的顏色只表示了被匹配顏色的外貌，而不能表示它的光譜組成。例如，由紅、綠、藍三色光混合而成的白光與連續(xù)光譜的白光在視覺上一樣，但是它們的光譜組成成分卻不一樣，這種情況稱之為同色異譜。2022/12/1615§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2016§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念2)三刺激值色度學(xué)中是用三原色來表示顏色的。匹配某種顏色所需的三原色的量，稱為顏色的三刺激值。三刺激值不是用物理單位來量度的，而是用色度學(xué)的單位來量度。具體規(guī)定為：在380～780nm的可見光波長范圍內(nèi)，各種波長的輻射能量均相等時，稱為等能光譜色。由其構(gòu)成的白光稱等能白光，簡稱E光源。等能白光的三刺激值是相等的，且均定為一個單位。2022/12/1616§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2017§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念3)光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)用三刺激值可以表示各種顏色，對于各種波長的光譜色也不例外。匹配等能光譜色所需三原色的量叫作光譜三刺激值，也叫作顏色的匹配函數(shù)。對于不同波長的光譜色，其三刺激值顯然是波長的函數(shù)。用紅、綠、藍作為三原色時，光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)用來表示。由于任何顏色的光都可以看成是由不同單色光混合而成，所以光譜三刺激值是顏色色度計算的基礎(chǔ)。2022/12/1617§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2018§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念4)色品坐標三原色確定后，一種顏色的三刺激值是唯一的，因此，可以用三刺激值表示顏色。但是，由于準確測量三刺激值存在著技術(shù)上的困難，而且用三刺激值表示顏色很不直觀，因而一般不直接用其表示顏色，而是用其在三刺激值總和中所占的比例來表示顏色。這三個比例值叫作色品坐標。假定某顏色的三刺激值分別為R、G、B，色品坐標為r、g、b，則有顯然因此，有2022/12/1618§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2019§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值顏色刺激函數(shù)表示某顏色刺激與波長的關(guān)系函數(shù)，以表示。對于波長為λ的光譜色，其三刺激值R、G和B應(yīng)分別和其光譜三刺激值以及顏色刺激函數(shù)成正比。故有式中，k為常數(shù)，稱為顏色調(diào)節(jié)因子。當波長范圍趨向于無限小時，光譜色的三刺激值為，2022/12/1619§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2020§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值無論光源色或物體色可看成是波長范圍在380~780nm內(nèi)的各光譜色以不同的比例混合的產(chǎn)物。380~780nm內(nèi)所有光譜色對應(yīng)的三刺激值總和就是顏色刺激函數(shù)為的顏色的三刺激值，即2022/12/1620§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2021§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值對于光源色，顏色刺激函數(shù)就是光源的光譜功率分布，即故有

物體色既和照明光源的光譜功率分布有關(guān)，也和物體的光學(xué)性質(zhì)有關(guān)。對于透射物體對于反射物體2022/12/1621§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2022§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準色度系統(tǒng)國際照明委員會（英文縮寫CIE）曾推薦了幾種色度學(xué)系統(tǒng)，以統(tǒng)一顏色的表示方法和測量條件。國際照明委員會在1931年同時推薦了兩套色度學(xué)系統(tǒng)：1931CIE-RGB系統(tǒng)和1931CIE-XYZ系統(tǒng)，1964年又推薦了CIE1964補充標準色度學(xué)系統(tǒng)。表色系統(tǒng)一般包括：三原色三原色的單位光譜三刺激值等2022/12/1622§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2023§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準表色度系統(tǒng)1)1931CIE-RGB系統(tǒng)三原色：紅(R)(λ＝700nm)、綠(G)(λ＝546.1nm)、藍(B)(λ＝435.8nm)三原色單位：三原色光（R）、（G）、（B）單位刺激值的光亮度比為1.0000：4.5907：0.0601；輻亮度比為72.0962：1.3791：1.0000。光譜三刺激值：2022/12/1623§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2024§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1931CIE-RGB系統(tǒng)標準色度觀察者光譜三刺激值波長變化曲線1931CIE-RGB系統(tǒng)色品圖2022/12/1624§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2025§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準表色度系統(tǒng)2)1931CIE-XYZ系統(tǒng)三原色：1931CIE-XYZ系統(tǒng)的三原色選擇的要求是：1）用三原色匹配等能的光譜色時，三刺激值均為正；2）色品圖上表示的實際不存在的顏色所占的面積盡量小；3）用Y刺激值表示顏色的亮度。（X）、（Y）、（Z）作為色度學(xué)系統(tǒng)的三原色是有意義的，但實際上并不存在這三種顏色。XYZ系統(tǒng)的光譜三刺激值也無法通過顏色匹配實驗直接得到，而是以1931CIE－RGB系統(tǒng)光譜色品坐標值換算求得。光譜三刺激值：2022/12/1625§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2026CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值曲線1931CIE－XYZ系統(tǒng)色品圖這段不是光譜色，而是770nm（紅）和380nm（紫）兩光譜色混合色的色品軌跡。2022/12/1626CIE1931標準色度觀察者光譜三刺2022/12/20272022/12/16272022/12/2028§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準表色度系統(tǒng)3)CIE1964補充標準色度學(xué)系統(tǒng)為適應(yīng)大視場情況下顏色的測量和標定，CIE在1964公布了CIE1964補充色度學(xué)系統(tǒng)。它規(guī)定了適合于10°視場使用的CIE1964補充色度觀察者光譜三刺激值和色品圖。其計算方法與1931CIE-XYZ系統(tǒng)的三刺激值和色品坐標的計算方法完全相同，只不過要用本系統(tǒng)所規(guī)定的基本數(shù)據(jù)。為了與1931CIE-XYZ系統(tǒng)相區(qū)別，所用的符號要加下標“10”。例如，三刺激值表示為X10、Y10、Z10等。2022/12/1628§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2029§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準表色度系統(tǒng)總結(jié)起來，用該色度學(xué)系統(tǒng)表示顏色的方法有以下兩種：1）三刺激值表示顏色。最常用的是1931CIE-XYZ標準色度學(xué)系統(tǒng)中所規(guī)定的三刺激值X、Y、Z。該方法表示顏色的困難是三刺激值由于難于定標而難于準確測量。2）色品坐標x、y以及Y刺激值表示顏色。用x、y和Y表示顏色是常用的方法。2022/12/1629§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2030§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

4．CIE標準照明體和標準光源在測量光學(xué)系統(tǒng)的光度和色度性能時，必須在統(tǒng)一規(guī)定的照明光源下，測量結(jié)果才可以互相比較。為了統(tǒng)一測量標準，國際照明委員會（CIE）規(guī)定了標準照明體和標準光源。1)色溫和相關(guān)色溫當某種光源的色品與某一溫度下的黑體色品相同時，則將黑體的溫度稱為光源的顏色溫度，簡稱色溫。相關(guān)色溫CIE1931-XYZ色品圖上的黑體軌跡2022/12/1630§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2031§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

4．CIE標準照明體和標準光源2)CIE標準照明體和標準光源照明體：是指特定的相對光譜功率分布，這種相對光譜功率分布不一定能用一個具體的光源來實現(xiàn)，而是以數(shù)據(jù)表格給出。CIE標準照明體A、B、C、E、D標準照明體E，在可見光波段內(nèi)的相對光譜功率為恒定值的照明體。又稱為等能光譜或等能白光。這是一種人為規(guī)定的相對光譜功率分布，實際中是不存在的。標準照明體D，代表各時相（不同時間、季節(jié)和氣候條件）日光的相對光譜功率分布，這種光也叫典型日光或重組日光，是一組公式。光源：是指能發(fā)光的物理輻射體，如燈、太陽等。CIE標準光源A、B、C、D652022/12/1631§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2032色盲測試

(由左至右的數(shù)字分別是8,3,10,5)2022/12/1632色盲測試

(由左至右的數(shù)字分別是8,2022/12/2033§4-2CIE色度計算方法2022/12/1633§4-2CIE色度計算方法2022/12/2034§4-2CIE色度計算方法CIE除了推薦標準色度系統(tǒng)外，還推薦了一系列的計算方法。如：色品坐標的計算顏色相加計算主波長和色純度計算色差計算同色異譜程度的計算等2022/12/1634§4-2CIE色度計算方法CI2022/12/2035§4-2CIE色度計算方法1色品坐標計算已知某顏色的刺激函數(shù)，要計算顏色的色品坐標，必須先求得顏色的三刺激值。計算公式為：k叫做歸化系數(shù)，它是將照明物體（或光源）的Y值歸一化為100時得出的為波長λ的光譜三刺激值自發(fā)光物體色：透射物體色：反射物體色：

2022/12/1635§4-2CIE色度計算方法12022/12/2036§4-2CIE色度計算方法1色品坐標計算計算出物體的三刺激值后，由下式計算其色品度坐標注意式中的Y是被測色的光通量2022/12/1636§4-2CIE色度計算方法12022/12/2037§4-2CIE色度計算方法2顏色相加計算已知兩種顏色各自的色品度坐標計算x1、y1、亮度Y1，x2、y2、亮度Y2。①計算法原則：混合色的三刺激值為各個混合色的三刺激值的和；可以推廣到更多種顏色相加混合?？梢员硎緸?022/12/1637§4-2CIE色度計算方法22022/12/2038§4-2CIE色度計算方法2顏色相加計算計算步驟：由可得于是

混合色的色品坐標和亮度為

2022/12/1638§4-2CIE色度計算方法22022/12/2039§4-2CIE色度計算方法2顏色相加計算②作圖法在CIE1931色品圖上應(yīng)用重力中心定律的原理用作圖法求出混合色的色品點。

700nm490500400nm550580600520480KC2KC1M(P+Q)Q(C2)P(C1)(x1y1)(x2y2)0.80.60.40.200.20.40.60.8xy顏色相加作圖法圖示2022/12/1639§4-2CIE色度計算方法22022/12/2040§4-2CIE色度計算方法3主波長和色純度計算①主波長用某一光譜色按照一定比例與一特定的參照光源（如等能白光E，CIE標準光源A、C，標準照明體D65）相混合匹配出某種顏色，則該光譜色的波長就是該顏色的主波長λd。但是，在色品圖上光譜軌跡兩端（400nm和700nm）與參照光源的色品點組成的三角區(qū)域內(nèi)的顏色沒有主波長，因而引入補色波長概念，用-λd表示。已知某顏色的色品坐標（x，y）和參照光源的坐標（x0，y0），可以方便地用作圖法確定某顏色的主波長或補色波長。

700nm490500400nm550580600520480O(x0,y0)L(x,y)0.80.60.40.200.20.40.60.8xy確定顏色的主波長和補色波長M(x,y)N(x,y)495.4519.42022/12/1640§4-2CIE色度計算方法32022/12/2041§4-2CIE色度計算方法3主波長和色純度計算②色純度色純度是指樣品顏色同主波長光譜色接近的程度，色純度有興奮純度和亮度純度兩種。

興奮純度興奮純度與前述的彩度含義相同。

它表明主波長的光譜色在樣品顏色中所占亮度比重亮度純度2022/12/1641§4-2CIE色度計算方法32022/12/2042§4-3色度的測試方法和應(yīng)用2022/12/1642§4-3色度的測試方法和應(yīng)用2022/12/2043§4-3色度的測試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用在色度與光度測量裝置中廣泛使用積分球部件。結(jié)構(gòu)特點積分球是一個中空的金屬球體；球壁上開有一個或幾個窗孔，用于進光和放置光接收器件；球內(nèi)壁上應(yīng)涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系數(shù)接近1的材料。常用的材料是氧化鎂（或硫酸鋇）。性能特點與要求可以證明，進入積分球的光經(jīng)過吸收很小的內(nèi)壁涂層的多次反射，最后可達到內(nèi)壁上具有均勻分布的照度。該照度較入射光通量除以球內(nèi)壁面積的照度值大得多（可提高信噪比）。積分球上的總開孔面積應(yīng)盡可能小，把積分球的直徑做得比較大。2022/12/1643§4-3色度的測試方法和應(yīng)用12022/12/2044§4-3色度的測試方法和應(yīng)用1積分球及其應(yīng)用用途：12345a）光接收器b）均勻亮物面c）球形平行光管1-硒光電池2-光源3-開孔塞子4-牛角形消光管5-準直物鏡帶有準直物鏡、燈泡和黑、白塞子的積分球體稱為球形平行光管2022/12/1644§4-3色度的測試方法和應(yīng)用12022/12/2045§4-3色度的測試方法和應(yīng)用2顏色的測量方法和儀器**顏色的測量必須建立在現(xiàn)代色度學(xué)的基礎(chǔ)之上。任何測色儀器只要能給出與CIE推薦的標準完全一致的三刺激值，該儀器就認為是準確的，而不論它是否能真正給出物體呈現(xiàn)在觀察者眼里的色刺激外貌。測色的方法分類：測色法目視測色法（主觀的）物理測色法（客觀的）分光測色儀色度計2022/12/1645§4-3色度的測試方法和應(yīng)用22022/12/2046§4-3色度的測試方法和應(yīng)用2顏色的測量方法和儀器①色度計光電色度計可以由儀器的響應(yīng)值直接得到顏色的三刺激值。光電色度計由照明光源、校正濾光器、探測器組成。關(guān)鍵問題是設(shè)計修正照明光源和探測器光譜特性的校正濾光器。為了模擬標準觀測者在標準照明體下觀察物體顏色特性，色度儀器的總光譜靈敏度必須符合盧瑟條件。盧瑟條件是校正濾光器設(shè)計的基礎(chǔ)，以公式表示如下儀器內(nèi)部光源的光譜功率分布為比例常數(shù)校正濾光器的光譜透射比探測器的光譜靈敏度選定CIE推薦的標準照明體的光譜功率分布標準色度觀察者的光譜三刺激值比對下式：知道：儀器的各個探測器所測得的電信號值正比例于物體顏色的三刺激值。核心問題：濾光器的設(shè)計2022/12/1646§4-3色度的測試方法和應(yīng)用22022/12/2047§4-3色度的測試方法和應(yīng)用2顏色的測量方法和儀器①色度計光電色度計有四個探測器和三個探測器之分。CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值曲線2022/12/1647§4-3色度的測試方法和應(yīng)用22022/12/2048§4-3色度的測試方法和應(yīng)用2顏色的測量方法和儀器①色度計基本結(jié)構(gòu)：特點：方便現(xiàn)場使用準確度不高常用于比較兩種顏色積分球XYZ透射樣品平衡用光電管反射樣品Y光源光電色度計的光學(xué)系統(tǒng)圖2022/12/1648§4-3色度的測試方法和應(yīng)用22022/12/2049§4-3色度的測試方法和應(yīng)用2顏色的測量方法和儀器②測色分光光度計利用測色分光光度計可以測量物體的透射色和反射色。原理：這類儀器不是直接測量顏色的三刺激值，而是測量物體的光譜反射率或光譜透射特性，再用前述的CIE推薦的標準照明體和標準色度觀察者的光譜三刺激值，利用公式計算求得被測顏色的三刺激值。與色度計方式測色比較，其特點：測量準確度高，儀器復(fù)雜和昂貴，數(shù)據(jù)處理也較復(fù)雜2022/12/1649§4-3色度的測試方法和應(yīng)用22022/12/2050§4-3色度的測試方法和應(yīng)用M6M1D2WICHS1M3G1G2M2M4M5M7M8M10M9M11M12M13M15M14M16PbSPMT試樣室U-3400型分光光度計的光學(xué)系統(tǒng)原理圖AS2S3PWI-碘鎢燈D2－重氫燈CH－機械遮光器S1,S2,S3-狹縫M－反射鏡（M7,M9－柱面鏡，M8－玻璃調(diào)制盤）P－色散棱鏡G1,G2－光柵PbS－硫化鉛探測器PMT－光電倍增管2022/12/1650§4-3色度的測試方法和應(yīng)用M6光電測試技術(shù)Electro-opticalTestTechnique光電測試技術(shù)Electro-opticalTestTecChapter4

TestTechniquesofChrominanceParametersChapter4TestTechniquesof2022/12/2053INTRODUCTION

色度學(xué)是研究人的顏色視覺規(guī)律、顏色測量理論與技術(shù)的學(xué)科。顏色感覺與聽覺、嗅覺、味覺等一樣都是外界刺激使人的感覺器官產(chǎn)生的感覺。色度學(xué)是研究顏色度量和評價方法的學(xué)科，是以光學(xué)、視覺生理、視覺心理、心理物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)?，F(xiàn)代色度學(xué)，是一門實驗性非常強的學(xué)科。2022/12/163INTRODUCTION色度學(xué)是研究2022/12/2054能刺激人眼而產(chǎn)生明亮感覺的輻射稱為可見光，可見光刺激人眼在腦中產(chǎn)生光亮、顏色、形狀等印象，從而獲得對外界的認識，這就是視覺。人眼不僅能從物體各點發(fā)出光的強弱來辨別物體的形象，還能對330一780nm波長范圍的光作出選擇性反應(yīng)，這就是顏色視覺。INTRODUCTION

2022/12/164能刺激人眼而產(chǎn)生明亮感覺的輻射稱為可見2022/12/2055人眼基本上可以看成是一個包含在鞏膜內(nèi)的不透光暗室。它具有一個由角膜Cornea、虹膜Iris、晶狀體Lens和玻璃體組成的折射光學(xué)系統(tǒng)，它們將入射光線聚焦在眼球后面的視網(wǎng)膜上形成一個倒像。INTRODUCTION

2022/12/165人眼基本上可以看成是一個包含在鞏膜內(nèi)的2022/12/2056人眼視網(wǎng)膜的中央窩部位和邊緣部位結(jié)構(gòu)不同，中央視覺主要是錐體細胞起作用，邊緣視覺主要是桿體細胞起作用。具有正常顏色視覺的人，視網(wǎng)膜中央窩能分辨各種顏色，但它的感光靈敏度較低；桿體細胞不能分辨顏色但能感受極微弱的光。中央窩周圍不同區(qū)域的顏色感受性也不同，由中央窩向外，首先喪失紅、綠色的感受性，更外圍則黃藍色的感受性也喪失而成為全色盲區(qū)。這時對應(yīng)的視角約20°，全色感覺范圍對應(yīng)的視角大約為4°。INTRODUCTION

2022/12/166人眼視網(wǎng)膜的中央窩部位和邊緣部位結(jié)構(gòu)不▍本章主要內(nèi)容

色度學(xué)的基本概念和實驗定律

CIE色度計算方法色度的測試方法和應(yīng)用▍本章主要內(nèi)容色度學(xué)的基本概念和實驗定律CIE色度計算2022/12/2058§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2022/12/168§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2059§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1．顏色混合定律—格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律格拉斯曼在總結(jié)以往顏色混合實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，于1854年歸納總結(jié)出幾條實驗規(guī)律，它是建立現(xiàn)代色度學(xué)的基礎(chǔ)。(1)顏色的屬性明度是指人眼對物體的明暗感覺。

80%50%20%2022/12/169§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2060§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1．顏色混合定律—格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(1)顏色的屬性色調(diào)是指彩色彼此相互區(qū)分的特性。可見光譜中不同波長的輻射在視覺上表現(xiàn)為各種色調(diào)，如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等。彩度表示物體顏色的濃淡程度或顏色的純潔性，又稱飽和度。物體色的彩度決定于物體表面反射光譜輻射的選擇性程度。2022/12/1610§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2061§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1．顏色混合定律—格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律(2)補色律和中間色律在由兩個成分組成的混合色中，如果一個成分連續(xù)變化，混合色的外貌也連續(xù)地變化。由此導(dǎo)出兩個定律：補色律和中間色律。補色律：每種顏色都有一個相應(yīng)的補色；某一顏色與其補色以適當比例混合，便產(chǎn)生白色或灰色；以其它比例混合，便產(chǎn)生近似比重大的顏色成分的中間色。中間色律：任何兩個非補色混合，便產(chǎn)生中間色，其色調(diào)決定于兩個顏色的相對數(shù)量，其彩度主要決定于兩者在色調(diào)順序上的遠近。2022/12/1611§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2062§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1．顏色混合定律—格拉斯曼(H.Grassman)顏色混合定律

(3)代替律代替律：相似色（即外貌相同的顏色）混合后仍相似。如果顏色A=顏色B，顏色C＝顏色D，那么顏色A＋顏色C=顏色B+顏色D根據(jù)代替律，可以利用顏色混合的方法來產(chǎn)生或代替所需要的各種顏色。它是一條非常重要的定律。(4)亮度相加律亮度相加律：混合色的總亮度等于組成混合色的各顏色光亮度的總和。以上所說的格拉斯曼顏色混合定律是色度學(xué)的一般規(guī)律，適用于各種顏色光的相加混合，但是這些規(guī)律不適用于染料或涂料的混合，因為染料和涂料的混合是顏色光的相減過程。2022/12/1612§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2063§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色把兩個顏色調(diào)節(jié)到視覺上相同或相等的方法叫顏色匹配。黑擋屏白屏幕黑擋屏紅綠藍白熾燈視場2022/12/1613§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2064§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色還可以利用人眼的某些視覺特性實現(xiàn)相加混色。

時間混色法：將三種不同的基色以足夠快的速度輪流投射到某一平面，因為人眼的視覺惰性，分辨不出三種基色，而只能看到它們的混合色。時間混色法是順序制彩色電視的基礎(chǔ)?？臻g混色法：將三種基色分別投射到同一表面上相鄰的三點，只要這些點足夠近，由于人眼分辨力的有限性，不能分辨這三種基色，而只能感覺到它們的混合色，是同時制彩色電視的基礎(chǔ)。生理混色法：當兩只眼睛同時分別觀看不同的顏色，也會產(chǎn)生混色效應(yīng)。例如，兩只眼睛分別戴上紅、綠濾波眼鏡，當兩眼分別單獨觀看時，只能看到紅光或綠光；當兩眼同時觀看時，正好是黃色，這就是生理混色法。2022/12/1614§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2065§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念1）三原色在顏色匹配實驗中，為匹配得到某一種顏色，一般需要三種顏色就可以達到匹配目的。通常稱在顏色匹配實驗中選取的三種顏色為三原色。三原色可以任意選定；但是三原色中任何一種原色不能由另外兩種原色相加混合得到；最常用的是紅、綠、藍三原色。由三原色混合而成的新的顏色只表示了被匹配顏色的外貌，而不能表示它的光譜組成。例如，由紅、綠、藍三色光混合而成的白光與連續(xù)光譜的白光在視覺上一樣，但是它們的光譜組成成分卻不一樣，這種情況稱之為同色異譜。2022/12/1615§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2066§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念2)三刺激值色度學(xué)中是用三原色來表示顏色的。匹配某種顏色所需的三原色的量，稱為顏色的三刺激值。三刺激值不是用物理單位來量度的，而是用色度學(xué)的單位來量度。具體規(guī)定為：在380～780nm的可見光波長范圍內(nèi)，各種波長的輻射能量均相等時，稱為等能光譜色。由其構(gòu)成的白光稱等能白光，簡稱E光源。等能白光的三刺激值是相等的，且均定為一個單位。2022/12/1616§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2067§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念3)光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)用三刺激值可以表示各種顏色，對于各種波長的光譜色也不例外。匹配等能光譜色所需三原色的量叫作光譜三刺激值，也叫作顏色的匹配函數(shù)。對于不同波長的光譜色，其三刺激值顯然是波長的函數(shù)。用紅、綠、藍作為三原色時，光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)用來表示。由于任何顏色的光都可以看成是由不同單色光混合而成，所以光譜三刺激值是顏色色度計算的基礎(chǔ)。2022/12/1617§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2068§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念4)色品坐標三原色確定后，一種顏色的三刺激值是唯一的，因此，可以用三刺激值表示顏色。但是，由于準確測量三刺激值存在著技術(shù)上的困難，而且用三刺激值表示顏色很不直觀，因而一般不直接用其表示顏色，而是用其在三刺激值總和中所占的比例來表示顏色。這三個比例值叫作色品坐標。假定某顏色的三刺激值分別為R、G、B，色品坐標為r、g、b，則有顯然因此，有2022/12/1618§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2069§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值顏色刺激函數(shù)表示某顏色刺激與波長的關(guān)系函數(shù)，以表示。對于波長為λ的光譜色，其三刺激值R、G和B應(yīng)分別和其光譜三刺激值以及顏色刺激函數(shù)成正比。故有式中，k為常數(shù)，稱為顏色調(diào)節(jié)因子。當波長范圍趨向于無限小時，光譜色的三刺激值為，2022/12/1619§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2070§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值無論光源色或物體色可看成是波長范圍在380~780nm內(nèi)的各光譜色以不同的比例混合的產(chǎn)物。380~780nm內(nèi)所有光譜色對應(yīng)的三刺激值總和就是顏色刺激函數(shù)為的顏色的三刺激值，即2022/12/1620§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2071§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

2．色度學(xué)中的基本概念5)光源色和物體色的三刺激值對于光源色，顏色刺激函數(shù)就是光源的光譜功率分布，即故有

物體色既和照明光源的光譜功率分布有關(guān)，也和物體的光學(xué)性質(zhì)有關(guān)。對于透射物體對于反射物體2022/12/1621§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2072§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準色度系統(tǒng)國際照明委員會（英文縮寫CIE）曾推薦了幾種色度學(xué)系統(tǒng)，以統(tǒng)一顏色的表示方法和測量條件。國際照明委員會在1931年同時推薦了兩套色度學(xué)系統(tǒng)：1931CIE-RGB系統(tǒng)和1931CIE-XYZ系統(tǒng)，1964年又推薦了CIE1964補充標準色度學(xué)系統(tǒng)。表色系統(tǒng)一般包括：三原色三原色的單位光譜三刺激值等2022/12/1622§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2073§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準表色度系統(tǒng)1)1931CIE-RGB系統(tǒng)三原色：紅(R)(λ＝700nm)、綠(G)(λ＝546.1nm)、藍(B)(λ＝435.8nm)三原色單位：三原色光（R）、（G）、（B）單位刺激值的光亮度比為1.0000：4.5907：0.0601；輻亮度比為72.0962：1.3791：1.0000。光譜三刺激值：2022/12/1623§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2074§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

1931CIE-RGB系統(tǒng)標準色度觀察者光譜三刺激值波長變化曲線1931CIE-RGB系統(tǒng)色品圖2022/12/1624§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2075§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準表色度系統(tǒng)2)1931CIE-XYZ系統(tǒng)三原色：1931CIE-XYZ系統(tǒng)的三原色選擇的要求是：1）用三原色匹配等能的光譜色時，三刺激值均為正；2）色品圖上表示的實際不存在的顏色所占的面積盡量??；3）用Y刺激值表示顏色的亮度。（X）、（Y）、（Z）作為色度學(xué)系統(tǒng)的三原色是有意義的，但實際上并不存在這三種顏色。XYZ系統(tǒng)的光譜三刺激值也無法通過顏色匹配實驗直接得到，而是以1931CIE－RGB系統(tǒng)光譜色品坐標值換算求得。光譜三刺激值：2022/12/1625§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2076CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值曲線1931CIE－XYZ系統(tǒng)色品圖這段不是光譜色，而是770nm（紅）和380nm（紫）兩光譜色混合色的色品軌跡。2022/12/1626CIE1931標準色度觀察者光譜三刺2022/12/20772022/12/16272022/12/2078§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準表色度系統(tǒng)3)CIE1964補充標準色度學(xué)系統(tǒng)為適應(yīng)大視場情況下顏色的測量和標定，CIE在1964公布了CIE1964補充色度學(xué)系統(tǒng)。它規(guī)定了適合于10°視場使用的CIE1964補充色度觀察者光譜三刺激值和色品圖。其計算方法與1931CIE-XYZ系統(tǒng)的三刺激值和色品坐標的計算方法完全相同，只不過要用本系統(tǒng)所規(guī)定的基本數(shù)據(jù)。為了與1931CIE-XYZ系統(tǒng)相區(qū)別，所用的符號要加下標“10”。例如，三刺激值表示為X10、Y10、Z10等。2022/12/1628§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2079§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

3．CIE標準表色度系統(tǒng)總結(jié)起來，用該色度學(xué)系統(tǒng)表示顏色的方法有以下兩種：1）三刺激值表示顏色。最常用的是1931CIE-XYZ標準色度學(xué)系統(tǒng)中所規(guī)定的三刺激值X、Y、Z。該方法表示顏色的困難是三刺激值由于難于定標而難于準確測量。2）色品坐標x、y以及Y刺激值表示顏色。用x、y和Y表示顏色是常用的方法。2022/12/1629§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2080§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

4．CIE標準照明體和標準光源在測量光學(xué)系統(tǒng)的光度和色度性能時，必須在統(tǒng)一規(guī)定的照明光源下，測量結(jié)果才可以互相比較。為了統(tǒng)一測量標準，國際照明委員會（CIE）規(guī)定了標準照明體和標準光源。1)色溫和相關(guān)色溫當某種光源的色品與某一溫度下的黑體色品相同時，則將黑體的溫度稱為光源的顏色溫度，簡稱色溫。相關(guān)色溫CIE1931-XYZ色品圖上的黑體軌跡2022/12/1630§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2081§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律

4．CIE標準照明體和標準光源2)CIE標準照明體和標準光源照明體：是指特定的相對光譜功率分布，這種相對光譜功率分布不一定能用一個具體的光源來實現(xiàn)，而是以數(shù)據(jù)表格給出。CIE標準照明體A、B、C、E、D標準照明體E，在可見光波段內(nèi)的相對光譜功率為恒定值的照明體。又稱為等能光譜或等能白光。這是一種人為規(guī)定的相對光譜功率分布，實際中是不存在的。標準照明體D，代表各時相（不同時間、季節(jié)和氣候條件）日光的相對光譜功率分布，這種光也叫典型日光或重組日光，是一組公式。光源：是指能發(fā)光的物理輻射體，如燈、太陽等。CIE標準光源A、B、C、D652022/12/1631§4-1色度學(xué)的基本概念和實驗定律2022/12/2082色盲測試

(由左至右的數(shù)字分別是8,3,10,5)2022/12/1632色盲測試

(由左至右的數(shù)字分別是8,2022/12/2083§4-2CIE色度計算方法2022/12/1633§4-2CIE色度計算方法2022/12/2084§4-2CIE色度計算方法CIE除了推薦標準色度系統(tǒng)外，還推薦了一系列的計算方法。如：色品坐標的計算顏色相加計算主波長和色純度計算色差計算同色異譜程度的計算等2022/12/1634§4-2CIE色度計算方法CI2022/12/2085§4-2CIE色度計算方法1色品坐標計算已知某顏色的刺激函數(shù)，要計算顏色的色品坐標，必須先求得顏色的三刺激值。計算公式為：k叫做歸化系數(shù)，它是將照明物體（或光源）的Y值歸一化為100時得出的為波長λ的光譜三刺激值自發(fā)光物體色：透射物體色：反射物體色：

2022/12/1635§4-2CIE色度計算方法12022/12/2086§4-2CIE色度計算方法1色品坐標計算計算出物體的三刺激值后，由下式計算其色品度坐標注意式中的Y是被測色的光通量2022/12/1636§4-2CIE色度計算方法12022/12/2087§4-2CIE色度計算方法2顏色相加計算已知兩種顏色各自的色品度坐標計算x1、y1、亮度Y1，x2、y2、亮度Y2。①計算法原則：混合色的三刺激值為各個混合色的三刺激值的和；可以推廣到更多種顏色相加混合。可以表示為2022/12/1637§4-2CIE色度計算方法22022/12/2088§4-2CIE色度計算方法2顏色相加計算計算步驟：由可得于是

混合色的色品坐標和亮度為

2022/12/1638§4-2CIE色度計算方法22022/12/2089§4-2CIE色度計算方法2顏色相加計算②作圖法在CIE1931色品圖上應(yīng)用重力中心定律的原理用作圖法求出混合色的色品點。

700nm490500400nm550580600520480KC2KC1M(P+Q)Q(C2)P(C1)(x1y1)(x2y2)0.80.60.40.200.20.40.60.8xy顏色相加作圖法圖示2022/12/1639§4-2CIE色度計算方法22022/12/2090§4-2CIE色度計算方法3主波長和色純度計算①主波長用某一光譜色按照一定比例與一特定的參照光源（如等能白光E，CIE標準光源A、C，標準照明體D65）相混合匹配出某種顏色，則該光譜色的波長就是該顏色的主波長λd。但是，在色品圖上光譜軌跡兩端（400nm和700nm）與參照光源的色品點組成的三角區(qū)域內(nèi)的顏色沒有主波長，因而引入補色波長概念，用-λd表示。已知某顏色的色品坐標（x，y）和參照光源的坐標（x0，y0），可以方便地用作圖法確定某顏色的主波長或補色波長。

700nm490500400nm550580600520480O(x0,y0)L(x,y)0.80.60.40.200.20.40.60.8xy確定顏色的主波長和補色波長M(x,y)N(x,y)495.4519.42022/12/1640§4-2CIE色度計算方法32022/12/2091§4-2CIE色度計算方法3主波長和色純度計算②色純度色純度是指樣品顏色同主波長光譜色接近的程度，色純度有興奮純度和亮度純度