第四章 顏色的測量和計算,標準照明體,“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光源直接提供，也不一定能用特定光源來實現。 “光源”：指真實存在的物理輻射體。 CIE推薦使用過的標準照明體：標準照明體A、B、C和D 。,一、光源,標準照明體A,標準照明體A是相當于黑體加溫到2855.6K時所輻射出的光，它的色度坐標落在了CIE 1931色度圖的普朗克軌跡上。 相對光譜功率分布曲線,標準照明體B,標準照明體B代表相關色溫約為4874K的直射陽光，它的色度坐標緊靠普朗克軌跡。 相對光譜功率分布曲線,標準照明體C,標準照明體C代表相關色溫大約為6774K的平均日光，其光色近似陰天天空的日光，色度坐標位于普朗克軌跡的下方。 相對光譜功率分布曲線,標準照明體D,標準照明體D代表了各種時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。 標準照明體D與實際日光具有比較相近的相對光射功率分布，并且比標準照明體B、C更符合實際日光的色度坐標，因此CIE優先推薦了標準照明體D65(相當于相關色溫大約為6504K的日光 ) 。,在不能應用D65時，盡量采用標準照明體D50(相關色溫5000K)、D55 (相關色溫5500K)和D75 (相關色溫: 7500K) D50、D55和D75的相對光譜功率分布曲線,二、 物體的光學性質,物體受到光的照射后，能夠吸收全部或部分波長范圍光的能量，并將吸收的光能轉化為熱能，其余波長的光被反射或透射出去，作用于人眼后產生顏色的感覺。它們所表現的顏色，就是被吸收光的補色。,（一）吸收,（二）反射,鏡面反射 發生于平而光滑的表面，當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。鏡面反射光的多少決定了物體的光澤度。,漫反射 一般發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象。,（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 顏色的測量和計算,1 測色的基本原理 顏色的測量是顏色科學最重要的工程應用之一，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聯。因此，國際照明委員會(CIE)推薦了相關的測色標準，以使各國的顏色測量參數和各測色儀器制造廠商的產品能夠進行交流和對比。 顏色測量的根本任務是測定色刺激函數()；對于光源的測量，實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()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()之后，就可以根據色度學的三個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，對顏色樣品與標準顏色的差別進行直接的視覺比較，要求操作人員具有豐富的顏色觀察經驗和敏銳的判斷力。即便如此，在其測色結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。 在進行目視測色時，首先要確定標準的照明和觀察條件，該條件要必須能在較長的時間內保持穩定。因此，通常需要采用光暗室(如標準燈箱)，并且光暗室的光譜功率分布和照度應該正好與樣品需要的照明條件一致。 周圍場(surround) 指的是光暗室的內壁，其應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境。大多數光暗室的明度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。當對高光澤材料進行評估時，光暗室的背景應該涂成黑色，或采用黑色的天鵝絨進行覆蓋，這樣可以消除由鏡面反射導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，樣品至少應有13 cm2大小。如果達不到這種尺寸要求，那么在使用小一些的樣品時，觀察者應該在視角不小于2的距離外觀察樣品。如果標準色樣的尺寸比樣品還小，則應該采用罩子分別覆蓋其上，以便得到相等的觀察面積，同時罩子的明度和表面性能應該與背景相同。 判斷兩個試樣的色差時，該樣品對的制備療法應該相同，并且習慣上將試樣以邊界接觸的方式放置。試樣應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。,應該熄滅觀察環境中的室內照明燈，并且在光暗室中只放置待測色樣，以避免光室內零亂堆放的試樣可能導致的照明光譜性能的變化。 在一般情況下，對顏色進行視覺測量時，最佳的目視檢測方法是：將待測樣品與標準色樣在標準光源照射下并排放置，同時觀察兩個樣品，以判斷顏色質量。在大多數情況下，需要對顏色的同色異譜程度進行評價，所以單一光源是不夠的，應該允許使用多種標準光源。,3 儀器測色的色度基準 按照國際照明委員會(CIE)的規定，反射顏色樣品的光譜反射率因數，是相對于完全反射漫射體(在整個可見光譜范圍內的反射比均為1)來測量的。然而，現實中并不存在理想的完全漫反射體實物標準，所以必須用已知絕對光譜反射比的氧化鎂、硫酸鋇等工作標準自板來校準分光光度計，才能在儀器上直接測量樣品的絕對光譜反射比。因此，首先必須準確測量氧化鎂、硫酸鋇等工作標準的絕對光譜反射比，建立準確可靠的測色工作標準，并進行科學有效的量值傳遞。 利用漫反射性能好、反射比高的MgO(煙積或噴涂)、BaSO4等材料進行反射比測量，可以得到較高的準確度。然而，這些材料的光學穩定性差，容易污染，完好保存及重復使用困難，因而無法長久地保持反射比量值的穩定性和準確性。為了多次標定以提高準確度，應在得到色度基準的絕對光譜反射比之后，隨即將其量值傳遞到光學性能穩定、經久耐用、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白板。,（1）光譜光度儀的結構特點,(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)鏡面反射阱 (11)透射樣品放置槽 (12)電子計算機,（一）儀器內測量用光源,鎢絲燈,脈沖氙燈,最佳的儀器內照明光源應為高強度脈沖氙燈，而且通過濾光片模擬D65標準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準照明和觀察條件，統一了顏色測量和評價方式、減少照明和觀察條件對光譜反射函數實測結果的精確度的影響、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該遵守同樣的限制 。,垂直/45（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部反射總面積的10 。,光澤吸收阱,（三）單色器,作用：將復色光分解成單色光，再由光電檢出器按相應的波長檢出。,經單色器分光后出來的單色光照射到光電檢出器上轉變成電信號，電信號經模/數轉換成為計算機可以處理的數據 。,（四）光電檢出器,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 光譜三刺激值與波長的關系函數 在某一波長的三刺激值為 有：,（一）RGB與XYZ的計算方法,在可見光譜范圍內進行積分，即得到該光源的三刺激值 ：,主波長與色純度計算,CIE 1931標準色度系統、CIE 1964補充標準色度系統，完成了用數字表示顏色的目的，但很難將日常生活中見到的顏色與數字聯系起來。 Y30，x0.3927， y0.1892是什么顏色？,結合顏色的三屬性（色調、明度、飽和度）提出了與顏色三屬性有關聯的一些概念： 主波長 興奮純度 亮度純度,主波長,顏色的主波長大致相當于視神經感覺到的顏色的色調。 在CIE色度圖上分別標出顏色樣品和光源的色度點（即色度坐標），連接兩點做一直線，并從光源向樣品色度點的方向延長與光譜軌跡相交，這一交點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，連接兩色度點，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形成的三角形區域（紫色區）內的顏色，如圖中的N點，就沒有主波長。 N和O點連，由O端的延長線與光譜的相交點（495.7nm）就是顏色（N）的補色波長。 為區分主波長和補色波長，在補色波長前加一負號，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，用光源點到樣品色度點的距離與光源點到主波長色度點（或補色波長色度點）的距離的比率來表示純度（彩色，飽和度）時，稱興奮純度 。 興奮純度表示了同一個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行比較的問題 。,O：光源色度點 M：樣品色度點 L：M的主波長色度點,興奮純度：,例：圖中，顏色（M）的色度坐標為（x=0.22