自編色度測(cè)量實(shí)驗(yàn)講義

1、光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)講義光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)講義色度測(cè)量實(shí)驗(yàn)色度測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康慕F(xiàn)代色度學(xué)概念；了解色度儀原理，掌握使用方法；掌握反射樣品、透射樣品色度的測(cè)量技術(shù)及其計(jì)算方法；二、二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理（一）（一）、色度學(xué)簡(jiǎn)介、色度學(xué)簡(jiǎn)介色度學(xué)是研究顏色度量和評(píng)價(jià)方法的一門(mén)學(xué)科，是顏色科學(xué)領(lǐng)域里的一個(gè)重要部分。顏色感覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等都是外界刺激使人感覺(jué)器官產(chǎn)生的感覺(jué)。光經(jīng)過(guò)物體反射或透射后刺激人眼，人眼產(chǎn)

2、生了此物體的光亮度和顏色的感覺(jué)信息，并將此信息傳至大腦中樞，在大腦中將感覺(jué)信息進(jìn)行處理，于是形成了色知覺(jué)。人們就可辨認(rèn)出此物體的明亮程度、顏色類(lèi)別，顏色純潔的程度(明度、色調(diào)、飽和度)。外界光刺激——色感覺(jué)——色知覺(jué)是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它涉及光學(xué)、光化學(xué)、視覺(jué)生理、視覺(jué)心理等各方面間題，要想度量色知覺(jué)量是很復(fù)雜的。心理物理學(xué)就是研究知覺(jué)量與外界刺激量之間關(guān)系而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)學(xué)科。色度學(xué)要解決顏色的度量問(wèn)題首先必須找到外界光刺激與色知覺(jué)量之間

3、的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以便能用對(duì)光物理量的測(cè)量間接地測(cè)得色知覺(jué)量，因此應(yīng)用了心理物理學(xué)的方法，通過(guò)大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，建立了現(xiàn)代色度學(xué)。它是一門(mén)以光學(xué)、視覺(jué)生理、視覺(jué)心理、心理物理等學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)，也是一門(mén)以大量實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)性科學(xué)?，F(xiàn)代色度學(xué)初步解決了對(duì)顏色作定量描述和測(cè)量的問(wèn)題。描述顏色最簡(jiǎn)單的方法是用顏色名詞。給每種顏色一個(gè)固定的名稱(chēng)，并冠以適合的形容詞，將這些名詞匯編成顏色名詞詞典，為人們互相交流色知覺(jué)信息提供了一種簡(jiǎn)單、古老的方式

4、，但它不能定量地表示色知覺(jué)量。人們還用制作標(biāo)準(zhǔn)色卡的方式來(lái)描述顏色，色卡可以有不同分類(lèi)及排隊(duì)方式，因而形成了不同的表色系統(tǒng)。例如孟塞爾表色系統(tǒng)，它是按照色知覺(jué)的明度、色調(diào)及飽和度這三個(gè)特征量的大小排隊(duì)，井按各特征量的差值相同的原則來(lái)制作色卡，給每個(gè)色卡一定的標(biāo)號(hào)，以此種色卡作為目視測(cè)量顏色的標(biāo)準(zhǔn)。用這種系統(tǒng)來(lái)測(cè)量顏色，在一定條件下反映了人的色知覺(jué)量。用心理物理學(xué)方法經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，研究了人眼的視覺(jué)規(guī)律而建立起來(lái)的國(guó)際照明協(xié)會(huì)的CIE色度系

5、統(tǒng)，可以用數(shù)字量來(lái)表示顏色，井可用物理儀器代表人眼來(lái)測(cè)量顏色。這部分內(nèi)容是色度學(xué)中最基本的內(nèi)容。用CIE色度系統(tǒng)度量的顏色是心理物理量，尚不能完全反映人們的色知覺(jué)。色度學(xué)這門(mén)科學(xué)最早開(kāi)創(chuàng)于牛頓，他引入了顏色環(huán)的概念從而開(kāi)創(chuàng)了建立顏色圖的思想，他還提出了顏色混合中用重心原理來(lái)確定混合色結(jié)果的方法。19世紀(jì)，科學(xué)家格拉斯曼(Grassmann)、麥克斯韋(Maxwell)、赫姆霍爾茲(Helmholtz)等對(duì)色度學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展作出了巨大的貢

6、獻(xiàn)。奠定現(xiàn)代色度學(xué)基礎(chǔ)的科學(xué)家有吉爾德(GuiId)、賈德(Judd)、麥克亞當(dāng)(Macadam)、司梯魯斯(Stiles)、萊特(Wright)和維澤斯基(Wyszecki)。從1931年CIE色度學(xué)系統(tǒng)建立至今的50多年，色度學(xué)已取得了巨大的成績(jī)。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和文化事業(yè)等部門(mén)色度學(xué)得到廣泛利用，它的理論指導(dǎo)著彩色電視、彩色攝影和彩色印刷、染料、紡織、造紙、交通信號(hào)、照明技術(shù)等部門(mén)的工作，各色各樣的側(cè)色儀器都在產(chǎn)品檢驗(yàn)和生產(chǎn)

7、質(zhì)量控制中獲得了廣泛應(yīng)用。（二）色度的基本術(shù)語(yǔ)（二）色度的基本術(shù)語(yǔ)人們根據(jù)顏色的外貌，按直觀顏色視覺(jué)的心理感受，對(duì)顏色進(jìn)行系統(tǒng)的歸納和排列，給以相應(yīng)的文字描述和數(shù)字標(biāo)記。顏色可以分為彩色和非彩色兩大類(lèi)：非彩色是指白色，黑色和各種深淺不同的灰色。它們構(gòu)成所謂的黑白系列，研究表明顏色有三種心理特性，分別可以用色調(diào)、飽和度、明度來(lái)描述。1.色調(diào)色調(diào)可由552nm的波長(zhǎng)顏色看出T的色調(diào)，并可由T在C與552nm光譜色之間所占位置看出它的純度

8、。在實(shí)際應(yīng)用中，如彩色電視、彩色攝影（乳膠處理）或其它顏色復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)都需要選擇適當(dāng)?shù)募t（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色，用來(lái)復(fù)現(xiàn)白色和各種顏色。3.標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體做顏色測(cè)量和標(biāo)定時(shí)統(tǒng)一使用標(biāo)準(zhǔn)照明體，不同的光源有不同的光譜功率分布，因此在不同的光源照射下物體的表面呈現(xiàn)略為不同的顏色，因此CIE推薦四種標(biāo)準(zhǔn)照明體ABCD和三種標(biāo)準(zhǔn)光源ABC4.統(tǒng)一規(guī)定的照明和觀察條件統(tǒng)一規(guī)定的照明和觀察條件做顏色測(cè)量和標(biāo)定時(shí)，應(yīng)符合統(tǒng)一規(guī)定的照明和觀

9、察條件，照明和觀察條件的不同也會(huì)使觀察到的顏色有所不同，為此CIE規(guī)定對(duì)樣品進(jìn)行色度測(cè)量和標(biāo)定應(yīng)符合下述四種照明和觀察條件之一1)450垂直，縮寫(xiě)為4500：即照明光束與樣品表面法線成45050的角度觀察方向與樣品的表面法線的夾角不應(yīng)超過(guò)1002)垂直450縮寫(xiě)為0450照明光束垂直照射樣品表面，其光軸與樣品表面法線間的夾角不應(yīng)超過(guò)100，在與法線成45050的方向觀察樣品。3)漫射垂直：縮寫(xiě)為d0，照明光束與樣品表面平行入射，照明光束

10、與樣品表面平行入射到積分球內(nèi)樣品被積分球漫射照明，觀察方向與樣品表面法線的夾角不應(yīng)超過(guò)1004)垂直漫射：縮寫(xiě)為0d，照明光束與樣品表面法線的夾角不應(yīng)超過(guò)100，用積分球收集反射通量，在與樣品表面平行的積分球的另開(kāi)口處觀察。5標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源：能發(fā)光的物理輻射體，如太陽(yáng)、燈等，CIE規(guī)定了用標(biāo)準(zhǔn)光源來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體的光譜分布。6主波長(zhǎng)主波長(zhǎng)：一種顏色Sλ的主波長(zhǎng)，指的是某一種光譜色的波長(zhǎng)。此種光譜色是用某一光譜顏色的一定比例與一個(gè)確定的

11、參照光源相混和而匹配出來(lái)的顏色。7興奮純度興奮純度Pe：是指主波長(zhǎng)的光譜色被白光沖淡后所具有的飽和度。在CIE色度圖上用參照光源點(diǎn)到樣品色度點(diǎn)的距離與參照光源點(diǎn)到主波長(zhǎng)色度點(diǎn)的距離的比例表示。8亮度純度亮度純度Pc：當(dāng)樣品顏色的純度，即樣品色接近同一主波長(zhǎng)光譜色的程度，用亮度表示，就稱(chēng)為亮度純度。實(shí)質(zhì)上是表示了主波長(zhǎng)光譜色的三刺激值在樣品三刺激值中所占的比例，它在CIE色度圖上無(wú)法表示出來(lái)。在計(jì)算亮度純度時(shí)，用樣品主波長(zhǎng)的yA坐標(biāo)與樣品

12、色坐標(biāo)的y值的比值乘以興奮純度來(lái)表示。三、色度測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)構(gòu)、色度測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)構(gòu)以及工作原理以及工作原理1基本組成WSD1A型色度測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置是由光電色度計(jì)、電控箱、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)組成。該系統(tǒng)集光學(xué)、精密機(jī)械、電子學(xué)、色度學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，可直接測(cè)量光源色或物體色的三刺激值或色度坐標(biāo)。2儀器結(jié)構(gòu)及其原理光電色度計(jì)由以下幾部分組成：光源球面反射鏡1球面反射鏡2平面光柵出射狹縫3出射狹縫2入射狹縫反射接受單元積分球機(jī)構(gòu)透射接受單