自編色度測量實驗講義

1、光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗講義光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗講義色度測量實驗色度測量實驗一、實驗?zāi)康囊?、實驗?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、透射樣品色度的測量技術(shù)及其計算方法；二、二、實驗原理實驗原理（一）（一）、色度學(xué)簡介、色度學(xué)簡介色度學(xué)是研究顏色度量和評價方法的一門學(xué)科，是顏色科學(xué)領(lǐng)域里的一個重要部分。顏色感覺與聽覺、嗅覺、味覺等都是外界刺激使人感覺器官產(chǎn)生的感覺。光經(jīng)過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信息，并將此信息傳至大腦中樞，在大腦中將感覺信息進行處理，于是形成了色知覺。人們就可辨認出此物體的明亮程度、顏色類別，顏色純潔的程度(明度、色調(diào)、飽和度)。外界光刺激——色感覺——色知覺是個復(fù)雜的過程，它涉及光學(xué)、光化學(xué)、視覺生理、視覺心理等各方面間題，要想度量色知覺量是很復(fù)雜的。心理物理學(xué)就是研究知覺量與外界刺激量之間關(guān)系而發(fā)展起來的一門學(xué)科。色度學(xué)要解決顏色的度量問題首先必須找到外界光刺激與色知覺量之間

3、的對應(yīng)關(guān)系，以便能用對光物理量的測量間接地測得色知覺量，因此應(yīng)用了心理物理學(xué)的方法，通過大量的科學(xué)實驗，建立了現(xiàn)代色度學(xué)。它是一門以光學(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)，也是一門以大量實驗為基礎(chǔ)的實驗性科學(xué)?，F(xiàn)代色度學(xué)初步解決了對顏色作定量描述和測量的問題。描述顏色最簡單的方法是用顏色名詞。給每種顏色一個固定的名稱，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信息提供了一種簡單、古老的方式

4、，但它不能定量地表示色知覺量。人們還用制作標準色卡的方式來描述顏色，色卡可以有不同分類及排隊方式，因而形成了不同的表色系統(tǒng)。例如孟塞爾表色系統(tǒng)，它是按照色知覺的明度、色調(diào)及飽和度這三個特征量的大小排隊，井按各特征量的差值相同的原則來制作色卡，給每個色卡一定的標號，以此種色卡作為目視測量顏色的標準。用這種系統(tǒng)來測量顏色，在一定條件下反映了人的色知覺量。用心理物理學(xué)方法經(jīng)過大量實驗，研究了人眼的視覺規(guī)律而建立起來的國際照明協(xié)會的CIE色度系

5、統(tǒng)，可以用數(shù)字量來表示顏色，井可用物理儀器代表人眼來測量顏色。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。色度學(xué)這門科學(xué)最早開創(chuàng)于牛頓，他引入了顏色環(huán)的概念從而開創(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確定混合色結(jié)果的方法。19世紀，科學(xué)家格拉斯曼(Grassmann)、麥克斯韋(Maxwell)、赫姆霍爾茲(Helmholtz)等對色度學(xué)的進一步發(fā)展作出了巨大的貢

6、獻。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。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和文化事業(yè)等部門色度學(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、照明技術(shù)等部門的工作，各色各樣的側(cè)色儀器都在產(chǎn)品檢驗和生產(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（二）色度的基本術(shù)語人們根據(jù)顏色的外貌，按直觀顏色視覺的心理感受，對顏色進行系統(tǒng)的歸納和排列，給以相應(yīng)的文字描述和數(shù)字標記。顏色可以分為彩色和非彩色兩大類：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、明度來描述。1.色調(diào)色調(diào)可由552nm的波長顏色看出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（B）三基色，用來復(fù)現(xiàn)白色和各種顏色。3.標準照明體標準照明體做顏色測量和標定時統(tǒng)一使用標準照明體，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推薦四種標準照明體ABCD和三種標準光源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量和標定時，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使觀察到的顏色有所不同，為此CIE規(guī)定對樣品進行色度測量和標定應(yīng)符合下述四種照明和觀察條件之一1)450垂直，縮寫為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1002)垂直450縮寫為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100，在與法線成45050的方向觀察樣品。3)漫射垂直：縮寫為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1004)垂直漫射：縮寫為0d，照明光束與樣品表面法線的夾角不應(yīng)超過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口處觀察。5標準光源標準光源：能發(fā)光的物理輻射體，如太陽、燈等，CIE規(guī)定了用標準光源來實現(xiàn)標準照明體的光譜分布。6主波長主波長：一種顏色Sλ的主波長，指的是某一種光譜色的波長。此種光譜色是用某一光譜顏色的一定比例與一個確定的

11、參照光源相混和而匹配出來的顏色。7興奮純度興奮純度Pe：是指主波長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到樣品色度點的距離與參照光源點到主波長色度點的距離的比例表示。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光譜色的程度，用亮度表示，就稱為亮度純度。實質(zhì)上是表示了主波長光譜色的三刺激值在樣品三刺激值中所占的比例，它在CIE色度圖上無法表示出來。在計算亮度純度時，用樣品主波長的yA坐標與樣品

12、色坐標的y值的比值乘以興奮純度來表示。三、色度測量實驗裝置的機構(gòu)、色度測量實驗裝置的機構(gòu)以及工作原理以及工作原理1基本組成WSD1A型色度測量實驗裝置是由光電色度計、電控箱、計算機、打印機組成。該系統(tǒng)集光學(xué)、精密機械、電子學(xué)、色度學(xué)、計算機技術(shù)于一體，可直接測量光源色或物體色的三刺激值或色度坐標。2儀器結(jié)構(gòu)及其原理光電色度計由以下幾部分組成：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構(gòu)透射接受單