顏色的測量和計(jì)算課件

1、第四章 顏色的測量和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)照明體“照明體”：指特定的光譜能量分布，這一光譜能量分布不一定由一個(gè)光源直接提供，也不一定能用特定光源來實(shí)現(xiàn)?！肮庠础保褐刚鎸?shí)存在的物理輻射體。 CIE推薦使用過的標(biāo)準(zhǔn)照明體：標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C和D 。一、光源標(biāo)準(zhǔn)照明體A 標(biāo)準(zhǔn)照明體A是相當(dāng)于黑體加溫到2855.6K時(shí)所輻射出的光，它的色度坐標(biāo)落在了CIE 1931色度圖的普朗克軌跡上。相對光譜功率分布曲線 標(biāo)準(zhǔn)照明體B標(biāo)準(zhǔn)照明體B代表相關(guān)色溫約為4874K的直射陽光，它的色度坐標(biāo)緊靠普朗克軌跡。相對光譜功率分布曲線 標(biāo)準(zhǔn)照明體C 標(biāo)準(zhǔn)照明體C代表相關(guān)色溫大約為6774K的平均日光，其光色近似陰天天空的日光，色度

2、坐標(biāo)位于普朗克軌跡的下方。相對光譜功率分布曲線 標(biāo)準(zhǔn)照明體D 標(biāo)準(zhǔn)照明體D代表了各種時(shí)相日光的相對光譜功率分布，亦稱為典型日光或重組日光。它是由一條位于普朗克軌跡上方的一條典型日光色度軌跡。 標(biāo)準(zhǔn)照明體D與實(shí)際日光具有比較相近的相對光射功率分布，并且比標(biāo)準(zhǔn)照明體B、C更符合實(shí)際日光的色度坐標(biāo)，因此CIE優(yōu)先推薦了標(biāo)準(zhǔn)照明體D65(相當(dāng)于相關(guān)色溫大約為6504K的日光 ) 。在不能應(yīng)用D65時(shí)，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)照明體D50(相關(guān)色溫5000K)、D55 (相關(guān)色溫5500K)和D75 (相關(guān)色溫: 7500K)D50、D55和D75的相對光譜功率分布曲線 二、 物體的光學(xué)性質(zhì)物體受到光的照射后，能夠

3、吸收全部或部分波長范圍光的能量，并將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能，其余波長的光被反射或透射出去，作用于人眼后產(chǎn)生顏色的感覺。它們所表現(xiàn)的顏色，就是被吸收光的補(bǔ)色。（一）吸收（二）反射鏡面反射 發(fā)生于平而光滑的表面，當(dāng)光以某種角度照射在這種平面上，則以相同角度 (與樣品表面法線的夾角) 反射出一部分光，而且與入射光的波長無關(guān)。鏡面反射光的多少?zèng)Q定了物體的光澤度。漫反射 一般發(fā)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來。漫反射也可由光滑表面下面的散射引起。大部分半透明體及不透明體的平滑表面，同時(shí)具有鏡面反射和來自表面下散射引起的漫反射。（三）透射透射是指入射光照射在物體上后穿過物體的現(xiàn)象。（

4、1）沒有吸收和散射，全部透過，無色透明體；（2）沒有吸收，部分光被散射，部分被透過，白色半透明體；（3）全部被反（散）射，沒有吸收透過，白色不透明體；（4）全部吸收，無反（散）射，無透過，黑色不透明體；（5）透過、吸收和散射作用都存在，有色的半透明體；（6）部分吸收，部分透過，沒有散射，透明有色體；（7）部分吸收，部分反（散）射，無透過，有色不透明體。第二節(jié) 顏色的測量和計(jì)算1 測色的基本原理 顏色的測量是顏色科學(xué)最重要的工程應(yīng)用之一，它不僅依賴于被測顏色本身的光譜光度特性，還與測量的幾何條件、照明光源的光譜分布等密切關(guān)聯(lián)。因此，國際照明委員會(CIE)推薦了相關(guān)的測色標(biāo)準(zhǔn)，以使各國的顏色測量

5、參數(shù)和各測色儀器制造廠商的產(chǎn)品能夠進(jìn)行交流和對比。 顏色測量的根本任務(wù)是測定色刺激函數(shù)()；對于光源的測量，實(shí)際上是要測定光源的相對光譜功率分布P()；對于物體色的測量，則是測定物體的光譜光度特性，如反射物體的光譜輻亮度因數(shù)()和光譜反射比P()、透射物體的光譜透射比()等。在測得了色刺激函數(shù)()之后，就可以根據(jù)色度學(xué)的三個(gè)基本方程求出被測顏色的CIE三刺激值。 顏色測量的方法分為目視測色和儀器測色兩大類 其中，儀器測色又包括分光光度法和光電積分法(也稱三刺激值法)兩種。2 目視測色 目視測色方法通過人眼的觀察，對顏色樣品與標(biāo)準(zhǔn)顏色的差別進(jìn)行直接的視覺比較，要求操作人員具有豐富的顏色觀察經(jīng)驗(yàn)和

6、敏銳的判斷力。即便如此，在其測色結(jié)果中仍不可避免地包含了一些人為的主觀因素，而且工作效率很低。 在進(jìn)行目視測色時(shí)，首先要確定標(biāo)準(zhǔn)的照明和觀察條件，該條件要必須能在較長的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。因此，通常需要采用光暗室(如標(biāo)準(zhǔn)燈箱)，并且光暗室的光譜功率分布和照度應(yīng)該正好與樣品需要的照明條件一致。 周圍場(surround) 指的是光暗室的內(nèi)壁，其應(yīng)該是無光澤和中性的，而且其特定的明度取決于被模擬的照明環(huán)境。大多數(shù)光暗室的明度L在60-70，由此獲得了定向與漫射的組合照明，以便觀察被測物體顏色的差異。如果待測物體不是高光澤材料，最好不要改變周圍場的特征。當(dāng)對高光澤材料進(jìn)行評估時(shí)，光暗室的背景應(yīng)該涂成黑色

7、，或采用黑色的天鵝絨進(jìn)行覆蓋，這樣可以消除由鏡面反射導(dǎo)致的光暗室背景的圖像。 背景(background) 指的是樣品放置其上的表面，一般大多指光暗室的底面。如果目視測量的目的是評估色表，那么背景應(yīng)該是無光澤的，并且具有中等明度(L=50)。 被測顏色樣品的尺寸應(yīng)該保持一致，并且樣品的尺寸越大，其目視測量的精確度也越高。一般，樣品至少應(yīng)有13 cm2大小。如果達(dá)不到這種尺寸要求，那么在使用小一些的樣品時(shí)，觀察者應(yīng)該在視角不小于2的距離外觀察樣品。如果標(biāo)準(zhǔn)色樣的尺寸比樣品還小，則應(yīng)該采用罩子分別覆蓋其上，以便得到相等的觀察面積，同時(shí)罩子的明度和表面性能應(yīng)該與背景相同。 判斷兩個(gè)試樣的色差時(shí)，該樣

8、品對的制備療法應(yīng)該相同，并且習(xí)慣上將試樣以邊界接觸的方式放置。試樣應(yīng)平放于光暗室的底面上，以使照明與試樣平面垂直。觀察者離光暗室開口約15-30 cm距離，并且保持觀察角度(觀察方向與試樣法線之間的夾角)為45的高度。 由于光室的照明取決于特定的光源、散射體及周圍場的明度，并在基本定向反射與中等散射范圍內(nèi)變化，因此，在目視評估中，保持觀察者與試樣的距離不變是非常重要的。 應(yīng)該熄滅觀察環(huán)境中的室內(nèi)照明燈，并且在光暗室中只放置待測色樣，以避免光室內(nèi)零亂堆放的試樣可能導(dǎo)致的照明光譜性能的變化。 在一般情況下，對顏色進(jìn)行視覺測量時(shí)，最佳的目視檢測方法是：將待測樣品與標(biāo)準(zhǔn)色樣在標(biāo)準(zhǔn)光源照射下并排放置，同

9、時(shí)觀察兩個(gè)樣品，以判斷顏色質(zhì)量。在大多數(shù)情況下，需要對顏色的同色異譜程度進(jìn)行評價(jià)，所以單一光源是不夠的，應(yīng)該允許使用多種標(biāo)準(zhǔn)光源。3 儀器測色的色度基準(zhǔn) 按照國際照明委員會(CIE)的規(guī)定，反射顏色樣品的光譜反射率因數(shù)，是相對于完全反射漫射體(在整個(gè)可見光譜范圍內(nèi)的反射比均為1)來測量的。然而，現(xiàn)實(shí)中并不存在理想的完全漫反射體實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，所以必須用已知絕對光譜反射比的氧化鎂、硫酸鋇等工作標(biāo)準(zhǔn)自板來校準(zhǔn)分光光度計(jì)，才能在儀器上直接測量樣品的絕對光譜反射比。因此，首先必須準(zhǔn)確測量氧化鎂、硫酸鋇等工作標(biāo)準(zhǔn)的絕對光譜反射比，建立準(zhǔn)確可靠的測色工作標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行科學(xué)有效的量值傳遞。 利用漫反射性能好、反射比

10、高的MgO(煙積或噴涂)、BaSO4等材料進(jìn)行反射比測量，可以得到較高的準(zhǔn)確度。然而，這些材料的光學(xué)穩(wěn)定性差，容易污染，完好保存及重復(fù)使用困難，因而無法長久地保持反射比量值的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。為了多次標(biāo)定以提高準(zhǔn)確度，應(yīng)在得到色度基準(zhǔn)的絕對光譜反射比之后，隨即將其量值傳遞到光學(xué)性能穩(wěn)定、經(jīng)久耐用、表面便于清潔的乳白玻璃、高鋁瓷板、陶瓷白板或搪瓷白板上，作為保存反射比量值的副基準(zhǔn)白板。（1）光譜光度儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)樣品測量孔 (2)漫反射積分球 (3)脈沖氙燈 (4)D65濾光片 (5)UV濾光裝置(6)樣品測量光束 (7)樣品測量接收器 (8)參比測量光束 (9)參比光束接收器(10)鏡面反射

11、阱 (11)透射樣品放置槽 (12)電子計(jì)算機(jī)（12） 電子計(jì)算機(jī)光電二極管（一）儀器內(nèi)測量用光源鎢絲燈脈沖氙燈最佳的儀器內(nèi)照明光源應(yīng)為高強(qiáng)度脈沖氙燈，而且通過濾光片模擬D65標(biāo)準(zhǔn)照明體的光譜功率分布 。（二）照明和測量條件1971年CIE正式推薦了幾種測色標(biāo)準(zhǔn)照明和觀察條件，統(tǒng)一了顏色測量和評價(jià)方式、減少照明和觀察條件對光譜反射函數(shù)實(shí)測結(jié)果的精確度的影響、提高測量精度。45/垂直（45/0）樣品被一束或多束光照明，照明光束的軸線與樣品表面的法線成452，觀察方向與樣品的法線之間的角度不超過10，照明光束的任一光線和照明光軸之間的夾角不超過5，觀察光束在觀察中也應(yīng)該遵守同樣的限制 。垂直/45

12、（0/45）照明光束的軸線與樣品表面的法線之間的角度不超過10，照明光束的任一光線和照明光軸之間的夾角不超過5，觀察光束在在觀察中也應(yīng)該遵守同樣的限制 。漫射/垂直（d/0）用積分球照明樣品，樣品的垂直線和光測軸之間的夾角不應(yīng)超過10，積分球的直徑可以是任意大小，但其開孔的總面積不能超過積分球內(nèi)部反射總面積的10，觀察光束的任一光線和觀察軸之間的夾角不應(yīng)超過5。 垂直/漫射（0/d）照明光束的軸線與樣品表面的法線之間的角度不超過10，反射通量由積分球來聚集，照明光束的任一光線和照明光軸之間的夾角不超過5，積分球的直徑可以是任意大小，但開孔的總面積不能超過積分球內(nèi)部反射總面積的10 。光澤吸收阱

13、（三）單色器作用：將復(fù)色光分解成單色光，再由光電檢出器按相應(yīng)的波長檢出。經(jīng)單色器分光后出來的單色光照射到光電檢出器上轉(zhuǎn)變成電信號，電信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)據(jù) 。（四）光電檢出器品牌產(chǎn)品型號愛色麗（X-Rite）CE7000A，color i7,color i5, CE2180，CE-XTH, CE-XTS，SP60/62/64德塔顏色（Datacolor） SF650，SF600, SF550，SF400，DF110，DF245亨特立（HunterLab）UltraScan Pro，UltraScan VIS，ColorQuest XE，MiniScan XE，LabScan

14、XE柯尼卡美能達(dá)（KonicaMinolta）CM-3700d，CM-3600d，CM3500d，CM2600d，CM2300d，CM2500c光譜光度儀的常見品牌和型號 某一光源的光譜功率分布函數(shù) 光譜三刺激值與波長的關(guān)系函數(shù)在某一波長的三刺激值為有： （一）RGB與XYZ的計(jì)算方法在可見光譜范圍內(nèi)進(jìn)行積分，即得到該光源的三刺激值 ：主波長與色純度計(jì)算CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)、CIE 1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，完成了用數(shù)字表示顏色的目的，但很難將日常生活中見到的顏色與數(shù)字聯(lián)系起來。 Y30，x0.3927， y0.1892是什么顏色？ 結(jié)合顏色的三屬性（色調(diào)、明度、飽和度）提出了與顏色三

15、屬性有關(guān)聯(lián)的一些概念：主波長興奮純度亮度純度主波長顏色的主波長大致相當(dāng)于視神經(jīng)感覺到的顏色的色調(diào)。 在CIE色度圖上分別標(biāo)出顏色樣品和光源的色度點(diǎn)（即色度坐標(biāo)），連接兩點(diǎn)做一直線，并從光源向樣品色度點(diǎn)的方向延長與光譜軌跡相交，這一交點(diǎn)的波長就是該顏色樣品的主波長。 如圖， M和O分別為樣品顏色（M）和CIE光源C的色度點(diǎn)，連接兩色度點(diǎn)，其直線的延長線與光譜軌跡相交與519.4nm處，519.4nm就是樣品M的主波長。不是所有的顏色樣品都有主波長。在色度圖上光譜兩端與光源色度點(diǎn)形成的三角形區(qū)域（紫色區(qū)）內(nèi)的顏色，如圖中的N點(diǎn)，就沒有主波長。N和O點(diǎn)連，由O端的延長線與光譜的相交點(diǎn)（495.7nm

16、）就是顏色（N）的補(bǔ)色波長。為區(qū)分主波長和補(bǔ)色波長，在補(bǔ)色波長前加一負(fù)號，或后面加“C”來表示，樣品N的主波長可寫成“ 495.7nm”或“495.7 c nm”也以寫成“c=495.7nm”。BACK興奮純度 樣品的顏色接近主波長光譜色的程度，稱為該樣品顏色的純度 。色度圖上，用光源點(diǎn)到樣品色度點(diǎn)的距離與光源點(diǎn)到主波長色度點(diǎn)（或補(bǔ)色波長色度點(diǎn)）的距離的比率來表示純度（彩色，飽和度）時(shí)，稱興奮純度 。興奮純度表示了同一個(gè)主波長的光譜色被光源沖淡后所具有的飽和度。興奮純度的引入解決了在不同光源下，將不同顏色樣品的飽和度進(jìn)行比較的問題 。O：光源色度點(diǎn)M：樣品色度點(diǎn)L：M的主波長色度點(diǎn) 興奮純度： 例：圖中